2.2.5 Характеристика направленности мпи

С достаточной для инженерных расчетов точностью характеристику направленности прямоугольного МПИ по основной поляризации можно рассматривать как характеристику направленности системы, состоящей из двух синфазных торцевых щелей с равномерным распределением амплитуды поля вдоль каждой щели. Точно так же характеристика направленности по кроссполяризации определяется как характеристика направленности двух противофазных боковых щелей с нечетным распределением поля.

Формулы для расчета характеристики направленности по основной и кроссполяризации имеют следующий вид:

, в плоскости Е ( );

, в плоскости Н ( ).

Для основной поляризации, когда торцевые щели расположены параллельно оси , либо оси , имеем соответственно:

а) , ;

б) , ,

где , .

Для перекрестной поляризации, когда поле излучается боковыми щеля­ми, ориентированными параллельно осям, имеем, соответ­ственно:

а) , ;

б) , ,

где , .

В главных плоскостях характеристика направленности по кроссполяризации равна нулю, так как в этих плоскостях либо не излуча­ют сами боковые щели из-за нечетного распределения поля в них, либо происходит компенсация излучения из-за противофазности возбуж­дения этих щелей.

3 Расчет параметров микрополосковых излучателей.

Методика расчета предполагает выполнение следующей последо­вательности действий и вычислений.

1 Выбирается (либо задается) исходное значение относитель­ной диэлектрической проницаемости материала подложки

2 Выбирается схема питания МПИ (ПЛ).

3 Из таблицы 1 выбирается материал для изготовления излу­чающих элементов (а возможно, и схемы питания) антенны.

Основные требования при этом:

• нужное значение диэлектрической проницаемости;

• малые потери;

• высокая механическая прочность, теплостойкость, однородность материала, устойчивость параметров во времени, малая гигроско­пичность.

Должна обеспечиваться возможность изготовления листов фольгированного материала требуемого размера.

4 Задаются значением волнового сопротивления питающей ли­нии (обычно 50 или 75 Ом).

5 Выбираются ориентировочные размеры МПИ:

, ,

где – средняя длина волны рабочего диапазона в воздухе.

6 Выбирается ориентировочное значение толщины подложки . Для этого можно воспользоваться графиком рис. 12. Оптимальная, с точки зрения потерь, толщина соответствует точке перегиба кривой.

7 Рассчитывается эффективная диэлектрическая проницаемость и волновое сопротивление эквивалентной НПЛ шириной (формулы (1) и (2) или график рис. 3).

8 С помощью формул (8) и (9) находится значение входного сопротивления МПИ при питании с краю на резонансной частоте ( ).

9 Исходя из требования согласования МПИ с линией питания, при , определяется ориентировочное положение точки питания . При этом используется приближенное соотношение, связывающее со входным сопротивлением при питании в точке на расстоянии от центра пластины МПИ

откуда следует: .

10 Рассчитывается зависимость входного сопротивления МПИ от частоты (формулы (8), (9) и (10)) при выбранных значениях .

11 Определяется рабочая полоса частот. Для этого рассчитыва­ется зависимость

,

где – коэффициент отражения на входе МПИ.

Рабочая полоса частот определяется неравенством , где – максимально допусти­мый коэффициент отражения на входе МПИ.

Если полоса частот меньше требуемой, производится коррекция значений толщины и диэлектрической проницаемости подложки, а затем вновь выполняются пункты 7...11, а также корректируются размеры МПИ. При этом помощь могут оказать графики, изображенные на рис. 11.

12 По результатам выполнения п. 10 находится значение резо­нансной частоты МПИ (т.е. частоты, на которой реактивная часть вход­ного сопротивления обращается в нуль). Если резонансная частота не совпадает со средней частотой рабочего диапазона, производится коррекция размеров МПИ, и расчеты повторяются.

13 Рассчитывается КПД микрополоскового излучателя. Для этого, воспользовавшись графиками рис. 12, определяют соответствующие проводимости. В случае, когда - диэлектрическая проницаемость выбранного материала лежит в промежутке значений , где , а , следует определять проводимости , со­ответствующие данному значению , путем линейной интерпо­ляции значений, взятых из графиков на рис. 10:

.

Здесь и – проводимости, определяемые из рис. 10.

Если тангенс угла диэлектрических потерь подложки не равен значению, соответствующему рис. 10 ( ), то найденную выше величину следует скорректировать, умножая ее на поправочный коэффициент . После этого по формуле (15) можно рас­считать КПД.

14 Рассчитываются потери МПИ в децибелах (формула (17)).

15 Рассчитываются характеристики направленности МПИ по ос­новной и перекрестной поляризации.