Для сравнительной оценки эффективности Z-образного излучателя при различных параметрах подложки иа рис. 2 25 приведены зависимости уровня максимальной интенсивности излучения в направлении нор.мали к плоскости антенны от толщины слоя диэлектрика для четырех значений его диэлектрической проницаемости. Уровень мощности растет при малых значениях dAc достигая максимума, затем снижается, причем при увеличении е| этот максимум имеет место при меньших толщинах слоя и его значение снижается.

Представляет интерес исследование поляризационных характеристик Z-образного полоскового излучателя, являющегося комбинацией линейных элементов. Из (2.32)-(2.33) следует, что на резонансной частоте антенна в плоскости yoz имеет лишь компоненту. В плоскости же xoz поле имеет две компоненты Е, и £3, соотношение между которыми позволяет вычислить коэффициент кроссполяризации (6)= Р^(ЩР{Щ.

Анализ угловой зависимости r(Q) от толщины подложки для двух типов диэлектриков (рис. 2.26, рис. 2.27) позволяет сделать вывод, что при малых значениях проницаемости подложки увеличение ее толщины снижает уровень кроссполяризационной составляющей. При больших значениях (например, прн €i=5, рис. 2.27) имеется некоторое оптимальное значение d/Xo, при котором кроссполяризационная составляющая поля имеет минимальное значение (в данном случае dAo=0,12).

Аналогично, как это было сделано в случае симметричного вибратора i четвертьволновой антенны, можно определить вклад поверхностных воли в со противление и поле излучения рассматриваемого антенного элемента. Для функ ции Грина в этом случае естественным является разложение по волнам типов LE, LM.

На рис. 2.28 показаны зависимости КПД Z-образного элемента по прост ранствеиным волнам от параметров подложки. Сравнение этих зависимостей -с аналогичными для симметричного вибратора при одинаковых токах на вход-

2.0 1.5 1,0

0,05 0,10 0,15 d ip

Т'ис. 2.25. Зависимость уровня максимального излучения Z-вибратора от толщины подложки:

1 - ei=2,4; 2 - 3,5; 3 - 5,0; 4 - 10,0

В, град

Рис. 2.26. Угловая зависимость коэффициента кроссполяризации при е' = =2,4

ч

0,8 0,6

0,05 0,10 0,15 dfArj

60 В, zpaS

Рис. 2.28. Коэффициент полезного действия Z-образного вибратора

Рис. 2.27. Угловая зависимость коэффициента кроссполяризации при 8l = =5,0

Ых клеммах показывает, что КПД Z-образного элемента при тех же парамет-рх подложки несколько ниже и его спад при появлении волны LE происходит фшее полого.

Для оценки соотношения мощностей, излучаемых вибраторами и отрезком йшии, исследованы зависимости RbURb + Ял) от толщины подложки и диэлек-фической проницаемости. Увеличение при малых толщинах слоя (rfXo<0,06) собствует более эффективному излучению вибраторов, в то время как при j)CTaT04Ho больших йДо больший вклад в поле излучения дает отрезок линии. ] Распределение напряженности электромагнитного поля в слое диэлектрика руг антенны характеризуется параметрами поверхностной волны низшего la LMi, возбуждаемой в структуре. Для Z-излучателя это распределение более ожиое, чем для симметричного или четвертьволнового вибратора, так как в змироваиии поля принимают участие ортогональные элементы конструкции гнны. На рис. 2.29 показано угловое распределение интенсивности излучения ш LM, для нескольких значений параметров подложки. Для исследуемой ты отсутствуют направления нулевого излучения, характерные для пря-ышиейных МПА.

В заключение отметим, что использованный для анализа характеристик эразного излучателя подход пригоден для исследования других составных например гребенчатых, а также паразитного излучения некоторых струк-ИС СВЧ.

2.3.5. Микрополосковый вибратор с электромагнитной связью с линией пн-

Ания. Микрополосковый излучатель в виде вибратора, возбуждаемого электро-агнитным полем близко расположенной полосковои линии (рис. 2.30), является перспективным для использования в АР. Достоинством такого излучателя являются высокая технологичность изготовления, простота его увязки с диаграм-Чообразующей схемой. Размещение вибратора на дополнительной подложке Юзволяет расширить рабочий диапазон частот, а близкое расположение к линии витания и цепям управления уменьшает их паразитное излучение. Впервые та- Ой излучатель был экспериментально исследован Ольтманом [44]. В [45] были ОДнсаны результаты работы по исследованию и созданию АР на базе полосковых вибраторов с электромагнитной связью, однако отдельные элементы АР

были исследованы лишь экспериментально, что потребовало выполнения бот того объема работ. На рис. 2.31 приведены результаты экспериментально определения активной и реактивной частей собственного сопротивления вибра торов. В [45] приведены нормированные сопротивления для нескольких зна> НИИ длины вибратора и его смещения Д/ относительно разомкнутого кони МПЛ. Для получения результатов было изготовлено и исследовано несколь, десятков макетов антенн. Трудоемкость исследования связана с многопараме ричностыо задачи (ej, Ез, di, 62, Д')-

Рис. 2.29. Диаграммы направленности поверхностной волны Z-вибратора: У -в',=2,4, rf=O.Uo: 2-ei=2,4, d= =0,2Яо; 5-б',=5,0, rf=0,l Яо; 4 - е', = 10,0, d=0,lXo

Рис. 2.30. Вибратор, возбуждаемый отрезком линии

Приведенные в гл. 1 представления функции Грина для областей с прои вольным числом слоев диэлектрика могут быть использованы для постановк г и решения задачи об антенне с электромагнитной связью с полосковой линие t питания.

Положим, что согласование излучателя с линией питания осуществляете смещением вдоль оси у Микрополосковый вибратор, возбуждаемый отрезко линии, можно представить в виде эквивалентной схемы, которая описываетсч системой уравнений Кирхгофа следующего вида:

/,Z +/2Z,2=£o, /,22,4-/2222=0, (2 341

где £о - напряжение генератора, включенного в линию питания; Zn, Z22-соответственно собственные сопротивления отрезка линии и вибратора, Zi2= =2* - взаимные сопротивления элементов антенны.

Определяя входное сопротив тение как отношение напряжения генератор^ к току на входе линии, запишем

2=2 +2,22/222. (2.35)

Сопротивления Zji определяются стандартными функционалами типа (2 2) Решения телеграфных уравнений дают первые приближения для функции рас пределения токов на элементах исследуемой антенны:

aisinP,&, Й2 sin (22/2)

о Эксперимент bz const ul= const

J L

£>,6 -ел -0.2

az 0Л 0,6 0.8 x/Zi

c. 2.31. Зависимость сопротивления вибратора от его длины и смещения отно-!тельно конца линии:

i, = e2=2,53; а,=а2=1,52; di=0,72 мм; 2=1,23 мм; f=10 ГГц

I Определение постоянных распространения Рь Рг и характеристических со-отивлений Zf для МПЛ с многослойной основой представляется са-

мостоятельной задачей, которая может быть решена, например, по методике,

взложенной в [46, 107].

Входное сопротивление шлейфа при холостом ходе

(2.36)

Zi,=7Z,i Ctg p.bi.

вид

COS (0,5o2p sin <p)

J (x\ в (2 2) с ядром В виде функции Грина для двух-

sin (O-Sfepapcosy)

[1 - (feobjP sin tf/lM

prfprfcp. (2.37)

sintp

j cos tp 7(2) Y {z).

Нормированные проводимости волн электрического и магнитного типов записываются налево и направо от сечения z,=d,+d,:

271 ctg(T2d2) + e;T2 ctg (ifid,)

V / \ J[L4. T2 T2 -TlCtg(Tirfi)ctg(-r22)

*0 0 T2Ctg(T2Cf2) + T,Ctg(T,rf,)

где 11 = 1/,2 yps -постоянная распространения для t-го слоя.

Взаимное сопротивление между вибратором и линией рассчитывается по формуле

= 1/ J PJJ (E2+r.2)(p2-.i2) X

sin(0,5a,y sin(0.5a2£) 2 cos (0,5,7)), . .

-P, cosPA + Pi exp(-yrjfti)]

Jl 2 *;

dU,(2.38)

38 bz,MM

Рис. 2.32. Зависимость резонансной частоты вибратора от его длины: сплошные кривые - расчет, штриховые - эксперимент; ei=5,0; е'2=2,8; d,=d2=2 мм, а,= =3,4 мм; / - 02=3,4 мм; 2 - 02= =6,3 мм

If

8 22 26 М,мм

Рис. 2 33. Зависимость Ксв в линии от взаимного положения вибратора и линии:

ei=5,0; е'2=2,8; с, =3,4 мм; С2= =3,0 мм; 2=30 мм; d,=d2=2,0 мы

где Ti = /A;2-5a-ij! . /=1,2.3.

После численного интегрирования подстановка (2 36)-(2.38) в (2 35) по зволяет исследовать зависимость входного сопротивления и КСВ в линии пита

ния от электрических и геометрических параметров конструкции антенны.

Основным фактором, определяющим рабочую частоту /о антеииы, является длина вибратора fcj (рис. 2.32) Если влияние взаимного положения излучателя

И МПЛ на fo незначительно, то на согласование этот фактор влияет решающим образом. На рис. 2 33 приведена экспериментально снятая зависимость К^ в-линии питания от смещения вибратора относительно конца линии (линия и вибратор соосиы). Экспериментальные значения К^ отмечены точками. На ц)ивых имеется два ярко выраженных минимума К^, соответствующие согла-еованному режиму. Аналогичные кривые могут быть получены для случая смещения вибратора в направлении оси х. На рис. 2.34, 2 35 приведены частотные 1ВИсимости для двух размеров излучателей и нескольких значений пара-йтров диэлектрических слоев

hi J

3.t Г.ГГц

3,0 f, Г n

Рис. 2.34. Рис. 2.35.

Jig. 2.34. Частотная зависимость /Сев в линии, возбуждающей вибратор:

= 1 мм; 2=1,5 мм; 02=5,8 мм;*2=30,0 мм; Д/=26,5 мм; / -е,=5,0, е'2=2,8; -е,=5,2, е'2=3,0

ис. 2.35. Частотная зависимость /Сев в линии, возбуждающей вибратор: 3,4 мм; 02=3,0 мм; Д/=27,8 мм; d,=d2=2,0 мм; / -ei=5,2, е'2=2,9; 2 - =5,0, е'2=2,8; 3 -е',=4,8, е'2=2,7

Излучатели с электромагнитной связью с линией питания требуют высокой Щородности материала подложки и стабильности его диэлектрической прони-емости Так, изменение ei и ег в пределах технологического допуска вызывает 1менение резонансной частоты иа 3%. Заметное влияние иа /о оказывает также здушиый зазор между слоями диэлектрика. При конструктивном выполнении (лучателей следует тщательно выполнять межслойные соединения подложек. Рабочая полоса частот излучателей описанного типа может быть расшире-за счет использования спаренных вибраторов, расположенных симметрично обеим сторонам линии питания вблизи ее конца.

В [45] описана конструкция и результаты экспериментальных измерений овных электрических характеристик 32-элементной АР, выполненной из опи-<Шнных в этом разделе вибраторов с электромагнитной связью с линией пита-#ая. С учетом всех видов потерь КПД антенны составил 73%, КНД -21 дБ, ]3>овень боковых лепестков - около 16 дБ, Я^. иа центральной частоте 9,94 ГГц-1,04. Диаграммообразующая схема обеспечивает формирование суммарной и разностной диаграмм направлеииости.