5. Требования к содержанию отчета
Отчет должен содержать:
1.Формулировку цели работы.
2.Структурную схему установки в режиме измерения ДН и КСВ, геометрию антенны.
3. Измеренную зависимость КСВ для двух антенн.
4. Расчетную зависимость распределения токов на элементах решетки.
5. Измеренную ДН ВК 1 и ВК 2 в Е и Н плоскостях.
4. Расчетную ДН ВК1 и ВК 2 в Е- и Н- плоскости на 3 частотах.
5. Расчетный КСВ в полосе частот.
6. Частотная зависимость коэффициента усиления и отношения вперед/назад ВК.
7. Выводы, касающиеся зависимости характеристик ВК от ее геометрии и сравнительная оценка свойств ВК по отношению к антеннам других типов (рупорные, спиральные, полосковые).
6. Контрольные вопросы
Объяснить назначение конструктивных элементов ВК на рис. 1.
За счет чего в ВК происходит увеличение КУ по отношению к вибраторному излучателю?
Как увеличить КУ антенны ВК?
От чего зависит полоса рабочих частот антенны ВК?
Какую поляризацию э/м поля имеет ВК?
Объяснить суть метода наведенных ЭДС.
Возможна ли реализация двух линейных ортогональных поляризаций в антеннах этого типа?
Возможна ли реализация круговой поляризации (левой, правой) в антеннах ВК?
От чего зависит и как определяется отношение вперед/назад в ВК?
Можно ли существенно сузить основной лепесток ДН антенны в одной плоскости (например, в Н- плоскости), какими средствами?
Как изменятся характеристики антенны при увеличении толщины элементов?
Сравните электрические, конструктивные и климатические характеристики различных рефлекторов – вибратор, сплошной экран, сетчатый экран.
Каковы возможные способы повышения входного сопротивления активного вибратора?
В какой плоскости (E или H) ДН антенны ВК уже, почему?
Сформулируйте теорему перемножения ДН.
Изобразите качественно зависимость КУ антенны от числа элементов?
Дайте сравнительную оценку характеристик ВК и рупорного излучателя.
Известно, что существенное увеличение количества элементов для увеличения КНД неоправданно в связи со слабым их возбуждением. Предложите способ увеличения КНД на классе антенн ВК.
2. Исследование микрополосковой антенной решетки
Цель работы состоит в экспериментальном исследовании характеристик простой 9-ти элементной МПАР: диаграммы направленности в основных сечениях, частотной зависимости КСВ на входе, уровне боковых лепестков, ширины главного лепестка ДН, а также в теоретическом расчете диаграммы направленности на основе упрощенной математической модели или с помощью стандартных универсальных пакетов программ.
1. Общие сведения
Микрополосковые (печатные) антенны (МПА) и микрополосковые антенные решетки (МПАР) являются в настоящее время наиболее распространенным типом антенн массовых телекоммуникационных систем. Это обусловлено, прежде всего, их низкой стоимостью, высокой технологичностью, малой массой. Благодаря этим качествам МПАР в ряде случаев (прежде всего в тех радиосистемах, где не требуется высокий уровень излучаемой мощности и широкая полоса частот) успешно конкурируют с антенными решетками других типов – волноводными, волноводно-щелевыми, вибраторными и т.д. Существенным недостатком простейших однослойных МПАР, ограничивающим их применение, является узкая полоса рабочих частот.
Рис.1. a) Геометрия прямоугольного печатного излучателя, б) Распределение тока в прямоугольном печатном излучателе.
Применяются МПА разнообразных форм, из которых наиболее распространенными являются прямоугольная (рис.1а, б) или дисковая (рис. 2). В большинстве случаев прямоугольная или дисковая МПА, имеющая одну точку питания создает поле линейной поляризации, это видно из картины распределения токов (рис.1, б).
Для увеличения направленных свойств простейших МПА их объединяют в антенные решетки, примером является МПАР миллиметрового диапазона, выполненная по параллельной схеме (рис. 3).
Рис.2. Печатный двуслойный излучатель с расширенной рабочей полосой частот.
Рис. 3. МПАР миллиметрового диапазона с параллельной схемой питания.
В данной лабораторной работе исследуются характеристики МПАР из девяти прямоугольных элементов, выполненной по параллельно-последовательной схеме (рис.4).
Рис.4. Топология исследуемой МПАР.
Представление о конструкции исследуемой МПАР дает фото на рис. 5. Материалом подложки является пенополиэтилен с относительной диэлектрической проницаемостью около единицы и толщиной 5 мм. Металлизация антенны (медь) нанесена на тонкий слой диэлектрического материала (стеклотекстолит 0.2 мм), рис.5.
Р
ис.5
Фрагменты конструкции МПАР.
Одиночные прямоугольные элементы МПАР имеют размер по узкой стороне около половины длины волны (с учетом замедления волны в диэлектрике подложки) и при запитке подводящей микрополосковой линией с широкой стороны имеют довольно высокое входное сопротивление (около 160-300 Ом в зависимости от ширины элемента и электрической толщины подложки). При этом токи по элементу текут в направлении, параллельном узкой стенке (рис.1,б), создавая в дальней зоне поле линейной поляризации.
Последовательное включение таких элементов через отрезок линии длиной около половины длины волны обеспечивает синфазное возбуждение всех излучателей. Для согласования входных сопротивлений трех последовательно соединенных элементов с питающей линией применен согласующий четвертьволновый трансформатор.
Три последовательные линейки включены параллельно, средняя линейка элементов имеет специально изогнутый отрезок линии, длина которого подобрана определенным образом с целью обеспечения синфазности токов в каждой линейке. Таким образом, все девять элементов данной МПАР возбуждены синфазно с амплитудным распределением незначительно отличающимся от равномерного.