Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Ближайшие к ленте магнитные силовые линии имеют данну )т(1= 24 . Следовательно, согласно закону полного тока (г = )УЫ(), напряженность магнитного поля Н„в пучности тока 1„=) эквивалентного вибратора Н„= 1„/(24ь) 212 б„) Н„=(и„,)~,)(24,)1,„) = го.)1. = Д, ~де )Р =120л - волновое сопротивление свободного пространства.
Таким образом, зависимость между напряжением в щели и током эквивалентного фибратора, взятыми в соответствующих сечениях, 1„, = У„1'(60л) . Последнее соотношение позволяет перейти от мощности, излучаемой эквивалент- '8!гам ленточным вибратором Рг =1з Яс)2, к мощности, излучаемой щелью; (! 4.11) (,60л) 2 2 фде Я вЂ” сопротивление излучения вибратора; Π— активная проводимость щели. с Согласно (!4.!!) (е (бол) 2 Тот же множитель 1)(60л) устанавливает связь между реактивной составляю- !дай входной проводимости щели гВ и реактивной составляющей входного сопротив- 5гения электрического вибратора й'. Поэтому полная входная проводимость щели 1 У= з(Ях 1р,с!8И)=6,, э!В (60гг) Здесь А = 2л('Л вЂ” волновое число! 1 — половина длины щели; р, =120(!и — — 1) — вол- И новое сопротивление ленточного металлического вибратора, Для настройки в резонанс щелевой излучатель необходимо укоротить.
В случае !излуволновой щели укорочение может быть определено по формуле (! 1.23) при подстановке в Иее вместо РадиУса вибРатоРа а значенив г(с 14, где де — шиРина Шел н. КНД двустороннего щелевого излучателя (рнс. 14.11,а) совпадает с КНД ленточийго металлического вибратора в свободном пространстве. При прорезаиии щели в стенках волновода или объемного резонатора излучение айзоисходит над ограниченной металлической поверхностью и только в одну сторону Рт нее.
Первое обстоятельство вызывает изменение формы ДН согласно пунктирным финнам на рис. 14.11, а второе — двукратное уменьшение излучаемой мощности и соотретственно активной проводимости щели. Так, в случае резонансной полуволновой двусторонней щели, когда излучение че5жз щель происходит в обе стороны от экрана, ее входная проводимость О =73)(60л) =0,00205 11Ом или Я 500 Ом. Соответственно дла односторонней щели От =0,001025 1РОм или Я 1000 Ом. Коэффипиент направленного действия узкой односторонней полуволновой щели й' бесконечном плоском экране в два раза выше КНД двусторонней и равен 3,28.
253 Диапазонность (полоса частот) щелевого излучателя зависит от его ширины н возрастает с увеличением последней. 14.6. Полосковые и микрополоскоиые (иечитиые) антенны Успехи в микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры СВЧ привели к появлению полосковых и микрополосковых (печатных) антенн, изготавливаемых по технологии интегральных схем.
Подобные антенны просты по конструнпии, имеют низкую стоимость, мыые габаритные римеры и массу, обеспечивают высокую повторяемость размеров. К настоящему времени предложено и разработано большое число типов печатных антенн: — вибраторные, возбуждаемые й индуктилио нли коидуктивно; шлейфовые виб-раторы; 3 щелевые, возбуждаемые микрополосковой линией; щелевые, а) антенны с мнкрополоскодым резо- Е Еь натором; 1 — плосние двумерные печатньк :С антенны (ПА): плоские ПА резо- 2 Аз наисные и нерезоиаисные,' ПА с распределенным возбуждением и др. Наиболее распространены пе- чатнме юлучатели в виде металлнчеб) в) ских структур (пластин) !. правиль- ной прямоупшьиой (рис, 14.12,а), Рис.
14,12. Прямоуготьныс печатныс антенны глод или неправильной (зллиптис питанием коаксиыьной (и) н полосковой ческой) геомет(\ических форм, расаиннтми (б, а) положенных над слоем диэлектрика 2 с металлическим экраном 3. Возбуждение печатных антенн осуществляется с помощью коаксиальной (рис. 14.12,а) либо полосковой (рис. 14.!2,6е) линии. В качестве диэлектрического основания используются диэлектрики с параметрами е, = 2,5 -10,0.
тйб 1О -10 при толщине основания й (О,! — 0,0!) Л. При рассмотрении лечаяь ныл резонансных онтенл (прямоугольных нли круглых) предполагают, что обьемный резонатор ПА, образованный экраном н пластиной, ограничен вертикальными стенками из идеыьного магнитопроводящего материала, расположенными по периметРу пластины. В прямоугольных ПА (рис. 14.13,а) обычно используется низший тип резонанса, КОГДа Е Л„(2, ГДС Л, = Луу (Е, — Дпниа ВОЛНЫ В ПОЛОСКОасй ЛИНИИ ПЕРЕДаЧИ С ШИРИНОЙ рабочего полоска ! с Л,/2.
Составляющая электрического поля Е, в поперечном сечении полосковой линии (координата у) между пластиной и экраном распределена равномерно, а в продольном (координата Л) — по синусоидальному закону с пучностями на краях пластины. 214 Рпс. 14.13.! !счетные антенны: о - римеры н рлспрсдслепне элекгрпнескоа сосгеылююеа полн л реэонетерс лмюнны, б- респределенне мжнитлыл токов е юелееом пэлусетелс, эклпеллснтюм нечетная антенне Длн проведения анализа характеристик ПА могут быть использованы различные подходы к построению математической модели излучающей системы. Так, в случае стокового меюдил граничную задачу формулируют в виде системы интегральных уравнений относительно скалярных компонентов векторной функции распределения электрического тока на щхиодяшей пластине Л(х,у) .
Ввилу сложности решения подобной электродннамической задлчи чаще применяют более простую иодель излучжощей системы, согласно которой ПА представляется как экепеателтпая м!слепая анисина э липском бесконечном экране беэ дпэлектрика. Точность такой модели достаточна для понимания принципа работь! антенны и ориентировочных расчетов поля излучения. Форма экаишлентной щели совпадает с фор' мой краев металлической цчасппш. На рис.
14.!З,б приведено распределение плотности магнитных токов l„' и л'," в зкмшалентной щели, построенное на основе картины распределения поля Е, в резонаторе прямоугольной ПА (2" м[ вЕ ), и — внешняя нормаль к стенке резонатора). Основную Роль в формировании поля излучения играют равномерно распределенные синфазные токи l," и Ул (поля открытых торцов резонатора; э = Ц2, — ог'2), созлаюшие линейно поляризованное излучение с вектором Е, параллельным оси х.
Токи н боковых стенках (У = !12, -!)'2 ) У," и лс" соДеРжат пРотивофэзные Участки и слабо участвуют в излучении (они формируют кроссполяризапионную составляющую поля во внешней области). Нспользуя методику расчета полей излучения (см. п. 10.1) Ллш ДН прлмоУгольи ПА, точка возбуждения которой находится на оси х (рис.
14 ! 3 а), можно получить следующие выражения: 2 со с бс сон! — 5!п О) ( ас л.ем (б)) = 2 с, с~ +[к„солОсгд(бал)) 21б зш~ — эш !9) — ми В 2 .Г (В)- 2 соя бг 'д «=,(е,-э(п О На рис. 14.14 в качестве примера при- 30 -30' ведеиы расчетные ДН прямоугольной ПА а О,В плоскостях Е (плоскость «ог) и Н (плоскость ,е,(0) уаг) для следующих исходных данных: р (В) х,=2,3; 1)ай=04932; й)Л=(ь84 100; Е=!.
б -б!у Коэффициент направленного действии О, прямоуюльной ПА из-за совместного излучения двух торцевых щелей составляет 3,5 — 7,0, что выше КНД односторонней паРис. 14.!4, диаграмма направленности ПА луаолновой шелевой антенны. При этом В главных плоскостях меньшим значениям КНД соответствуют более высокие значения диэлектрической нроницаемости подложки, уменьшаю!цие размеры пластины и снижиощие направленность.
При оценке коэффициента усиления ПА следует учитывать, что их КПД лежит в пределах (50-80)% из-за потерь мощности в пластине и экране, неидеальном диэлектрике подложки, а также из-за ответвления части подводимой к антенне мощности в возникающую поверхностную волну. Входное сопротивление антенны регучируетса подбором положения точки питания. В случае ПА прямоугольной формы оно максимально при питании с края (несколько сотен ом) и изменяется пропорционально соз (ах )Л) при расположении точки подключения питающей линии на расстоянии хе от кромки излучателя (исключая цевпр ПА).
Выбор правильного положения точки питания при сохранении настройки на резонанс устраняет необходимость применения отдельных согласующих устройств В печатных излучателях круговой полярюации используется возбуждение двух ортогональиых токов с помощью раздельных линий (двухканальный квадратный излучатель). Точки подключения линий питания в таком излучателе располагаются на основных геометрических осях на одинаковом удюгении от центра антенны (см. рис. 14.12,0). Сдвиг фаз 90' между токами обеспечивается за счет фазового сдвига возбуждающих сигналов в отдельных каналах, В одноканальных печатных излучателях круговой поляризации подключение линии передачи осуществляется в точке, расположенной на одной из диагоналей антенны прямоугольной формы.
Требуемые фазовые соотношения межву ортогональными составляющими тока достигаются использованием фиосдвигающих элементов связи или небольшой расстройкой между токами соответственно в сторону высоких и низких частот. В качестве фазосдвигиоших элементов связи применяются щели, индуктивные штыри и др. Расстройка между токами излучателя может быть осуществлена эа счет выбора соотношения между размерами сторон прямоугольного излучатеяя (рис. !4.!2,а).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
