Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Конструирование и расчет полосковых устройств 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

ляет пачучнть очень высокую повторяемость параметров и точность, нсдосгнжимые при изготовлении других линий передачи.

В СВЧ технике полосковые волноводы наиболее просто испо.1ьс)Овать в качестве цепей питания антенн. Одна.-ко полосковые конструкции позволяют разрабатывать не только сложные и высококачественные тракты питания антенн, но и сами антенны. Появилась возможность конструирования новых типов антенн, учитывающих особенности геометрии полосковых волноводов. Оказалось также, что преимущества, представляемые техникой фотогравирования, позволяют изготовить в сантиметровом диапазоне такие типы антенн, которые применялись лишь в метровом и низкочастотной части дециметрового диапазона. К их числу можно отнести полновон канал, ромбическую антенну, решетки вибраторных излучателей и т. д. Оказалось возможным упростить изготовление ранее применявшихся антенн СВЧ, например волно-водно-щелевой. Применение полоскового волновода для возбуждения решетки щелей оказалось более простым и экономичным, чем в случае применения прямоугольного волновода. Решетки же щелей и вибраторов, по современным воззрениям, представляют собой одно из наиболее перспективных направлений антенной техники.

§ 8.1. Типы полосковых антенн

Основное различие между известными типами антенн и печатными антеннами (антеннами полоскового типа) заключается в методе конструирования, позволяющем найти новые применения и видоизменения существующих конструкций. Так, например причина, по которой системы электрических вибраторов не используются в антеннах сантиметрового диапазона волн, заключается в том, что для практической конструкции требуется так много вибраторов или резонансных элементов, что задача их производства и настройка с соблюдением необходимых допусков становится неразрешимой. Применение же техники фотогравирования позволяет успешно разрешить подобную задачу.

Рассмотрим некоторые разновидности печатных антенн.

а) Системы вибраторов. Вибраторы, или системы Бнбраторов, с дискретным питанием в технике полоско-

вых волноводов применяются преимущественно в длинноволновом участке диапазона СВЧ. В принципе питание может осуществляться в условиях одинаковых путей (рис. 8.1) или с помощью последовательного соединения излучателей (рис. 8.2).


Рис. В.1. Квадрупольнан группа электрических излучателей в полосковом исполнении {а) и форма половины излучателя (б).

При питании в условиях одинаковых путей вибра--торы целесообразно группировать в квадруполи по ана- логии с УКВ и телевизионной антенной техникой. Питание квадруполей для обеспечения воспроизводимости и меньших потерь на излучение производится с помощью несимметричных полосковых волноводов. При соедине-



Рис. 8.2. Синфазное последовательное соединение диполей.

НИИ нескольких квадрупольных групп и синфазном возбуждении получаем решетки, действующая площадь которых практически соответствует их геометрической площади, т. е. они действуют как равновеликая, непрерывно и однородно возбуждаемая поверхность.

б) Полосковые системы с резонансным возбуждением. Пре1кде всего рассмотрим антенну Франклина. Она состоит из вертикальных полуволновых излучателей, размещенных коллинеарно и разделенных катушками, которые сдвигают фазу тока на 180° без излучения или с минимальным паразитным излучением. Полосковый эквивалент такой системы состоит из полуволновых



элементов в коллиисарной решетке, разделенных фазо-сдвигающимн линиями, как показано на рис. 8.3. Системы такого рода можно изготовить, помещая отгравированный диэлектрический лист на расстояние четверти волны от рефлектора.


Рас. 8.3. Принципиальная схема антенньЕ Франклина: / - полуволновые диполи; 2 - распределение тока; 3 - симметрирующие секции; 4 - эапитка антенны.

Фазовращающие элементы целесообразно выполнять в виде полуволновых симметрирующих петель. При последовательном питании рядов вибраторов полоса пропускания системы мала; так как вследствие фазовой чувствительности направление излучения зависит от

Рис. 8.4. Ряд коллинеарно расположенных диполей с емкостной связью.

частоты. Отдельные ряды диполей вследствие их незначительных размеров менее зависимы от частоты. Изменение частоты приводит к несинфазному возбуждению, которое, однако, из-за симметрии отдельных рядов вызывает не поворот луча, а расширение основного лепестка.

Разновидностью коллинеарной решетки является многорядная синфазная антенна с емкостной связью (рис. 8.4). Она состоит из ряда коллинеарных электрических элементов, разделенных емкостными зазорами. Полосковые элементы возбуждаются с помощью центрального фидера, состоящего из параллельной двухпроводной уравновешенной линии передачи и симметрирующего трансформатора. Подбирая связь между элементами и длину элементов, можно получить полное обращение фазы в каждом зазоре для распределенного 204

напряжения вдоль антенны. В этом случае каждый элемент антенны действует как полуволновой излучатель с таким распредолсппсм тока, которое имело бы место при возбуждении исе.х элементов в одинаковой фазе. Такая решетка, изготовленная для частот 260 .ЧГц, имеет уровень боковых лепестков на средних частотах, не превышающих 15 дБ.

в) Печатные ромбические антенны. В типичной конфигурации (рис. 8.5) антенна напечатана на листе диэлектрика и укреплена над заземленной пластиной. Питание антенны производится двухпроводным фидером; нагрузкой служит резнсторная лента. Для расчета подобных антенн полностью применима стандартная расчетная техника. Единственная поправка, которая необходима, заключается в компенсации уменьшения скорости раснространения волны, обусловленного диэлектрическим листом, на котором напечатана ромбическая антенна.

Известны также конструкции ромбических антенн, соединенных цепочкой. Вторая антенна была присоединена к первой вместо нагрузки, а нагрузка присоединялась к концу второй антенны. Испытывалась также цепочка из трех ромбических антенн, соединенных . последовательно. Результа-ты исследований приведены на рис.8.6. Онн показывают, что в Этом типе антенной ре-



Рнс. 8.5. Эскиз печатной ромбической антенны:

/ - диэлектрик: 2 -проводящая полоска: д - заземленная пластина.

Рис. 8.6. Зависимость параметров ромбических антенных решеток от количества антени:

/ - ширина луча в горизонтальной плоскости; 2 ~ уровень боковых лепестков в горизонтальной плоскости; Э-уровень боковых лепестков в вертикальной плоскости; 4 -ширина луча н вертикальной плоскости: 5 - коэффициент стоячей волны со входа.



шетки нет необходимости соединять более двух ромбических антенн, так как ширина луча в азимутальной плоскости для трехэлементной была такой же, как и у двухэлементной. Может быть сконструирована также компланарная ромбическая антенна. Однако она не имеет существенных выгод по сравнению с обычной.

г) Антенны типа волновой канал . Любую существующую антенну такого типа можно пересчитать с помощью метода моделирования на соответствующую частоту. Затем, укорачивая элементы и расстояния в соответствии с коэффициентом уменьшения скорости распространения вдоль диэлектрического листа, можно получить результаты, существенно схожие с теми, которые используются для обычной антенны.

д) Антенны поверхностных волн. Продольные электрические токи, текущие но поверхности металлического экрана с расположенной на нем линией передачи в виде тонкой диэлектрической полосы с полуцилиндрическим или прямоугольным поперечным сечением, могут быть использованы для возбуждения двумерной решетки полуволновых щелей, прорезанных в этом экране.

Щели располагаются рядами, параллельными диэлектрической линии, причем соседние щели в каждом ряду наклонены по отношению оси ряда на углы 6<30° и 180°-е, а расстояние между ними выбирается из условий получения фазового сдвига 180°. Это обеспечивает

поляризацию вектора Е только в плоскости, перпендикулярной диэлектрической линии (ДЛ) и экрану. Управление фазовым распределением в раскрыве антенны в Я-плоскости достигается наклоном рядов или изменением расстояний между рядами. Ширина луча в -пло-скости определяется поперечным распределением поля, а ширина луча в Я-плоскости - количеством щелей в ряду.

Исследовалась антенна, имеющая 14 рядов щелей по 233 щели в каждом ряду, =8,6 мм. Лист диэлектрика имел толщину 1,6 мм.

Днаграмма направленности в £-плоскостн имела ширину 8, а в -плоскости 0°44. Было получено усиление 27,3 дБ вместо 38,1 дБ по расчету, так как имели место ттеря в возбуждающем рупоре, излучение поверхностной волны на ковце экрана и диэлектрические потери в пространстве между экраном и отражающим рефлектором. Антенна эффективно мспользует 53% энергии (поверхностной волны, что является удовлетворительным для указанного диапазона.

При более тщательном технологячеоком подходе может быть достигнуто использование анергии поверхностной волны до 70%. 206

е) гЛолосковые системы бегущих Волн. Рассмотрим слоистую провачочную антенну. Излучатель расположен волнообразно на диэлектрической пластине, для получения поперечного излучения должны быть соблюдены размеры, приведенные на рис. 8.7. За излучателем на расстоянии Я/4 находится отражающая пластина, которая может быть заменена резонатором, как показано на рисунке. Направленность в плоскости, перпенднкуляр-


Рнс. 8.7. Эскиз антенны с волнообразным расположением токонесущей полоски:

1 - диэлектрик; 2 - резонатор; 3 - полуволноаой элеМЕНТ.

НОЙ продольному размеру, можно, повысить дополнительными средствами, например предварительно включенным рупорным излучателем или соединением нескольких излучателей.

Известна антенна продольного излучения на основе полоскового волновода с малыми неоднородностями. Полосковый волновод образуется тонкой металлической полосой, отделенной от основания хорошим диэлектриком. Неоднородности представляют собой металлические <7-образные скобы, закрепленные на основании н охватывающие полосу в поперечных плоскостях. Величина неоднородностей определяется тем, насколько скоба отстоит от полоскового волновода. Количество и размер скобок подбираются такими, чтобы максимум диаграммы направленности в вертикальной плоскости находился под требуемым углом к горизонту. Вертикальные размеры ее приблизительно 1/20Х, длина около 6к. Для повышения разрешающей способности указанные антенны объединяются в решетки [64].

ж) Щелевые решетки, питаемые полосковым волноводом. В коротковолновом участке сантиметрового диапазона (в интервале частот 5... 10 ГГц) используются преимущественно щелевые антенны, питаемые полоско-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 [ 34 ] 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95