2.2.5 Характеристика направленості мсв

З достатньою для інженерних розрахунків точністю характеристику направленості прямокутного МСВ з основної поляризації можна розглядати як характеристику направленості системи, що складається з двох синфазних торцьових щілин з рівномірним розподілом амплітуди поля уздовж кожної щілини. Абсолютно так само характеристика спрямованості з кросполяризації визначається як характеристика спрямованості двох протифазних бічних щілин з непарним розподілом поля.

Формули для обчислення характеристики направленості за основною та перехресною поляризацією мають вигляд:

в плоскости Е ( ),

в плоскости Н ( ).

Для основної поляризації, коли торцьові щілини розташовано паралельно до осі або до осі , маємо відповідно

а) , ;

б) , ,

де , .

Для перехресної поляризації, коли поле випромінюється бічними щілинами, орієнтованими паралельно осям, маємо, відповідно

а) , ;

б) , ,

де , .

У головних площинах характеристика спрямованості за кросполяризацією дорівнює нулеві, тому що в цих площинах або не випромінюють самі бічні щілини через непарний розподіл поля в них, або відбувається компенсація випромінювання через протифазності збуджування цих щілин.

3 Розрахунок параметрів мікросмужкових випромінювачів

Методика розрахунку передбачає виконання такої послідовності дій і обчислень.

1. Обирається (або задається) вихідне значення відносної діелектричної проникності матеріалу підшарка

2. Обирається схема живлення МСВ (штир або СЛ).

3. З таблиці 1 вибирається матеріал для виготовлення випромінювальних елементів (а можливо і схеми живлення) антени.

Основні вимоги при цьому:

• потрібне значення діелектричної проникності;

• малі втрати;

• висока механічна міцність, теплостійкість, однорідність матеріалу, стійкість параметрів у часі, мала гігроскопічність.

Повинна забезпечуватися можливість виготовлення листів фольгованого матеріалу необхідного розміру.

4. Задаються значенням хвильового опору лінії живлення (зазвичай 50 чи 75 Ом).

5. Обираються орієнтовані розміри МСВ:

,

де – середня довжина хвилі робочого діапазону в повітрі.

6. Обирається орієнтовне значення товщини підшарка . Для цього можна скористатися графіком рис. 12. Оптимальна, з погляду на втрати, товщина відповідає точці перегину кривої.

7. Обчислюється ефективна діелектрична проникність та хвильовий опір еквівалентної НСЛ шириною (формули (1) та (2) чи графіки рис. 3 та рис. 4).

8. За допомогою формул (8) та (9) відшукується значення вхідного опору МСВ на резонансній частоті при живленні його с краю ( ).

9. Виходячи з вимоги узгодження МСВ з лінією живлення за визначається орієнтовне положення точки живлення . При цьому використовується наближене співвідношення яке поєднує з вхідним опором при живленні в точці на відстані від центра пластини МСВ

, звідки випливає:

10. Обчислюється залежність вхідного опору МСВ від частоти (формули (8)...(10)) за обраних значень .

11. Визначається робоча смуга частот. Для цього обчислюється залежність

,

де – коефіцієнт відбиття на вході МСВ.

Робоча смуга частот визначається нерівністю , де – максимально припустимий коефіцієнт відбиття на вході МСВ.

Якщо смуга частот є менше за необхідної, виконується коригування значень товщини й діелектричної проникності підшарка, а потім знову виконуються пункти 7...11, а також коригуються розміри МСВ. При цьому допомогу можуть надати графіки, зображені на рис. 11.

12. За результатами виконання п. 10 відшукується значення резонансної частоти МСВ (тобто частоти на який реактивна частина вхідного опору перетворюється на нуль). Якщо резонансна частота не збігається із середньою частотою робочого діапазону, здійснюється коригування розмірів МСВ й розрахунки повторюються.

13. Обчислюється ККД мікросмужкового випромінювача. Для цього, скориставшись графіками рис. 10, визначають відповідні провідності. У разі, коли − діелектрична проникність обраного матеріалу ± перебуває у проміжку значень , де , а , слід визначати провідності , відповідні даному значенню , шляхом лінійної інтерполяції значень, узятих із графіків на рис. 10 :

.

Тут та – провідності, визначувані з рис. 10.

Якщо тангенс кута діелектричних утрат підшарка не дорівнює значенню, що відповідає рис. 12 ( ), то від знайдену вище величину слід скоригувати, множачи її на поправний коефіцієнт . Після цього за формулою (15) можна обчислити ККД.

14. Обчислюються втрати МСВ в децибелах, формула (17) .

15. Обчислюються характеристики спрямованості МСВ за основною та перехресною поляризацією.