Методика расчета полосковых излучателей для параболических антенн

Как отмечалось во введении, параболические антенны широко распространены в качестве источников или приемников направленного излучения дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн. Существенное влияние на характеристики параболической антенны играет выбор типа излучателя. Хорошо известны антенны с излучателями в виде рупоров, спиралей, вибраторов.

В данной работе предполагается изучение свойств параболической антенны с облучателем в виде миниатюрной по сравнению с размерами зеркала полосковой антенны (ПА). Этому выбору способствовали простота конструкции, высокая технологичность, малая масса, повторяемость размеров, низкая стоимость изготовления и др. Широкому распространению ПА содействовало появление новых типов диэлектриков, обладающих малыми потерями и высокой степенью однородности материала. Наличие диэлектрика позволяет существенно уменьшить линейные размеры излучающих элементов и использовать их при создании миниатюрных антенных систем. Однако, присутствие этого покрытия и связанных с ним поверхностных волн существенно усложняет определение характеристик излучения ПА. В связи со сложностью механизма излучения ПА, трудностями экспериментальной отладки их образцов значительно возрастает роль расчетных методов, основанных на строгих подходах и дающих необходимую для инженерной практики точность расчета основных характеристик. К настоящему времени известно достаточно большое число методов расчета и анализа ПА.

Один из первых методов расчета характеристик излучения ПА основан на представлении прямоугольной антенны размерами в виде двух магнитных вибраторов - щелей, разнесенных на расстояние b друг от друга [13]. Связь излучающих щелей по внутреннему пространству осуществляется введением соединяющего отрезка полосковой линии с постоянной распространения β и характеристическим сопротивлением ZC, определяемым шириной антенны a. Полагают, что линия поддерживает только квази-Т волну. ПА заменяется эквивалентной схемой , составленной с использованием теории длинных линий. Отрезок линии длиной b считается нагруженным с двух сторон на проводимости излучения щелей [13,14].

,

где d - ширина щели, равная приблизительно толщине подложки.

Выражение для проводимости излучения щели без жестких ограничений на ее относительную ширину получено в [15].

,

где - функции Бесселя и Неймана порядка n.

Длина отрезка линии выбирается из условия резонанса и должна составлять примерно λД/2, где λД - длина волны в диэлектрике подложки с относительной диэлектрической проницаемостью εr (). Однако на практике длину отрезка линии выбирают порядка (0,48…0,49) λД [13]. Это объясняется тем, что при длине отрезка линии λД/2, проводимости излучения щелей будут включены параллельно по отношению к входным клеммам и входное сопротивление антенны будет иметь комплексный характер. При размерах, меньших λД/2, преобразованная проводимость будет иметь реактивную составляющую противоположного знака, и при этой длине входное сопротивление излучателя будет чисто активным, т.е. наиболее оптимальными будут размеры прямоугольного ИЭ, при которых

(6)

Входная проводимость антенны Yвх=1/Zвх - результат сложения проводимости щели на входе антенны (клеммы 1-1|) и щели, трансформируемой по входу через отрезок линии длиной b, так что [14]

,

где β - постоянная распространения линии; YС=1/ZС.

Если считать антенну настроенной в резонанс, то упрощенно входную проводимость можно считать равной 2G.

В первом приближении излучение щелей считается независимым. При более точном решении учитывают их взаимную связь по внешнему пространству введением взаимной проводимости излучения [1]

,

где G12 - взаимная проводимость излучения; J0(x) - функция Бесселя нулевого порядка.

КНД ПА в рамках данной модели рассчитывается как для решетки из двух щелей, разнесенных на расстояние b в плоскости E [1]

,

где g12 - нормированная к проводимости свободного пространства взаимная проводимость излучения щелей.

Другие материалы

Проектирование цифрового счетчика
Счетчиком называется последовательное устройство, предназначенное для счета входных импульсов и фиксации их числа в двоичном коде. Счетчики так же, как и сдвиговые регистры, строятся на ...

Расчет элементов блоков радиоэлектронной аппаратуры
Курсовая работа по учебной дисциплине "Эксплуатация АСУ" предназначены для закрепления лекционного материала и привития студентам практических навыков в решении ...

Проектирование кабельных сетей и устройств АТиС на перегоне и станции ЭМ-31-8
Железнодорожная сеть представляет собой единую, работающую по общему плану систему, все части которой взаимодействуют друг с другом. Работа всех звеньев ж/д сети не может осуществляться ...