Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Печатные многоэлементные дипольные антенны с разностными диаграммами направленности. Учебное пособие
.pdf
2
j
j
J
j
j
J
jkr
0
∫
l
l
∫
0
sin( )
m
Iklz dz
sin( ( )) .
m
j
Ie kz dz
dz r
⎡⎤
de
⎢⎥
2
⎢⎥
⎣⎦
2
⎡⎤
de
⎢⎥
2
dz r
⎢⎥
⎣⎦
jkr
(1.35)
Каждый из интегралов дважды интегрируем по частям. В результа-
те получаем:
где
Int ,
IJ J J
1111213
IJ J J
221 22 23
j
JeIkljkR
11 2
J e kI kl e kI
12
JIkljkR
21 0
JkIkl kI
22
sin( )(1 ) ,
m
jj
cos( ) ,
mm
0
13
∫
sin( )(1 ) ,
m
cos( ) ,
mm
II
12
,
(1.36)
jkR
2
ee
RR
20
2
de
dz r
l
() ,
Iz dz
2
jkR
0
ee
RR
01
,
()
zle
2
RR
22
jkr
ze
2
RR
00
kR
kR
kR
2
kR
0
0
1
2
l
de
23
∫
0
() ,
Iz dz
2
dz r
21
jkr
22 22 22
R
E
Z
Z
( ) , ( ) , .
azlR azlR az
120
Таким образом, продольную составляющую ()
z электрического
z
поля можем выразить в виде
jkr
l
⎡⎤
1
() ( )
Ez k Iz dz J J J J J J
z
jr
1
jrdzr
⎧⎫
⎪⎪
⎨⎬
⎪⎪
⎩⎭
2
⎢⎥
∫
⎢⎥
l
⎣⎦
a
00
⎡
⎧⎫
⎪⎪
2
⎢
kIzdz IzdzJJ
⎨⎬
∫∫
⎢
⎪⎪
ll
⎩⎭
a
⎣
ll
2
kIzdz IzdzJJ
ede
() ()
∫∫
00
e
jkr jkr
ede
() ()
jkr jkr
rdzr
1
(1.37)
JJJ J
j
a
11 12 13 21 22 23
2
2
2
2
11 12 21 22
21 22
.
11 12
⎤
⎥
⎥
⎦
Здесь учтено, что обе фигурные скобки в (1.37) тождественно равны
нулю на основании свойства (1.30). Далее отметим, что
k
(1.38)
120 .
a
На заключительном шаге анализа получаем следующие выражения
для комплексного сопротивления
, отнесенного к току mI в мак-
m
симуме синусоиды распределения тока проводимости вдоль ИДВЦКП:
l
RjX EzIzdz
∫
mm m z Z
0
j
⎡⎤
30 sin
je kzZZZZdz
∫
⎣⎦
l
1
*
II
mm
l
1234
22
*
() ()
j
j
j
R
Z
Z
R
Z
R
R
X
X
где
l
30 sin [ ] ,
jklzZZZZdz ⎡ ⎤
Ze kl jkR
12
Ze e kl
ZkljkR
22 22 22
azlR azlR az
120
∫
⎣⎦
0
j
2
sin( )(1 ) ,
ee
jj
sin( )(1 ) ,
30
ee
Zkl
4
1234
jkR
2
22
kR
jkR
()
zle
kR R
0
cos( ) ,
RR
02
kR
ze
2
kR R
00
kR
jkR
1
0
cos( ) ,
RR
10
( ) , ( ) , .
(1.39)
2
2
0
Учитывая связь амплитуды
ми входного тока
III kl
in l m
I синусоиды тока ()
m
sin( )
излучателя на клеммах его пита-
ния, получаем полное комплексное входное сопротивление
Iz со значения-
z
ди-
in
польного излучателя с центрально-концевым питанием [1.7]:
2
in in in
rm m
,
По результатам вычислений
,
и
m
при различных значениях разности фаз , которые будем
in
RjXZ kl
22
sin ( ) sin ( ).
kl j X kl (1.40)
m
sin ( )
m
построим графики для
,
m
in
в дальнейшем использовать для формирования стартового облика излучателя для целей полноволнового моделирования и экспериментальных исследований (рис. 1.4, 1.5).
23
X
Z
а
б
Рис. 1.4. Зависимость активной части
ного сопротивления
пространстве при
от электрической длины излучателя l / в свободном
m
a = l / 100 и различных значениях
R (а) и реактивной части
m
(б) пол-
m
24
X
Z
а
б
Рис. 1.5.
полного входного сопротивления
в свободном пространстве при
Зависимость активной части
от электрической длины излучателя l /
in
a = l / 100 и различных значениях
R (а) и реактивной части
in
25
in
(б)
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕЧАТНОЙ АНТЕННЫ
С РАЗНОСТНОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
НА ОСНОВЕ ИДВЦКП
С учетом теории для одиночного ИДВЦКП возможно эскизное
проектирование антенн, формирующих как остронаправленные диаграммы направленности в дальней зоне Фраунгофера, так и диаграммы
с ярко выраженным «нулем» в направлении максимума излучения.
Методика проектирования таких антенн будет построена следующим
образом. На первом этапе определится приближенная структура
и ключевые размеры излучателя, а также
сложность и габаритные размеры. На втором этапе проводится нелинейная параметрическая оптимизация геометрических параметров излучателя с целью получения требуемых характеристик излучения
и согласования.
В настоящем разделе будет рассмотрена довольно простая реализация печатной антенны c разностной диаграммой направленности для
задач пеленгации по методу минимума источников радиоизлучения
в диапазоне LTE (4G), band 3: 1800…1880
собой систему из двух коллинеарных ИДВЦКП без введения в топологию их питания каких-либо линий задержки / фазовращателей. Питание обоих ИДВЦКП осуществляется 4-канальным синфазным делителем мощности по двоично-этажной схеме «елочка» (рис. 2.1), так что
разностная диаграмма направленности реализуется не за счет разности
фаз питающих напряжений, а
по своей природе ИДВЦКП (см. рис. 1.1).
Эффект появления «нуля» диаграммы направленности в сторону
максимума излучения объясняется тем, что электромагнитные поля,
образованные за счет протекания равноамплитудных и противоположно
за счет ориентации несимметричных
оценится технологическая
МГц. Антенна представляет
26
направленных токов проводимости по двум соседним ИДВЦКП, в ре-
В
Z
Z
зультате взаимодействия компенсируют друг друга. Несмотря на формирование минимума в диаграмме направленности, согласование антенной системы с генератором будет сохраняться, так как минимум
будет обусловлен не эффектами отражения высокочастотных токов
от элементов печатной топологии, а взаимной компенсацией излученных электромагнитных полей
в точках дальней зоны Фраунгофера.
Иными словами, в топологии отсутствуют какие-либо фрагменты, обладающие полосно-заграждающими свойствами, за счет чего и наблюдался бы значительный уровень отражений высокочастотных токов
обратно к источнику сигнала, подключенного к входу.
Рис. 2.1. Структурная схема антенны с разностной диаграммой
направленности из двух коллинеарных ИДВЦКП
Первый шаг проектирования заключается в выборе конфигурации
и расчете волновых сопротивлений печатных синфазных делителей 1:1. В нашем случае в роли первого делителя будет выступать
неразвязанный Т-образный делитель мощности с плавным переходом
(англ. T-junction power divider) (рис. 2.2, а).
0,5( )
Длина плавного перехода определяется как
где
ответствующая волновым сопротивлениям
,
– длина волны в микрополосковой линии передачи, со-
01
В
0
27
L
,
; при этом волновое
1
ВВ
01
,
сопротивление в точке соединения плеч делителя
Z
Z
Z
равно
10
/2.ZZ В качестве диэлектрической подложки печатной
должно быть
1
антенны будет выступать армированный стеклотканью фторопласт
2,5,
ФАФ-4Д
облицованный с обеих сторон медной фольгой.
r
Толщина подложки h = 1,5 мм, толщина медной фольги t = 0,035 мм.
Рис. 2.2.
а б
Неразвязанный Т-образный делитель мощности c плавным
переходом
Согласно справочнику [2.1, с. 68–70] выполним расчет ширины
,
микрополосковых линий с волновым сопротивлением
0
и длины
1
плавного перехода L с учетом толщины медной фольги:
ZW
50 Ом 4,3 мм;
00
ZW
25 Ом 10,9 мм;
11
L
113,794 мм.
28
На основе полученных значений построим электродинамическую
модель первой секции делителя в полноволновом симуляторе CST Studio Suite (рис. 2.2, б).
Ниже приведем частотные характеристики согласования и коэффициента передачи Т-образного делителя c плавным переходом
(рис. 2.3 – 2.5).
Рис. 2.3. Частотная характеристика модуля коэффициента отражения
Рис. 2.4. Частотная характеристика модуля коэффициента передачи
29
Рис. 2.5. Частотная характеристика фазы коэффициента передачи
Z
Z
Z
В качестве второй секции делителя будет выступать неразвязанный
Т-образный делитель, но без плавного перехода (рис. 2.6, а). В таком
случае волновое сопротивление выходных плеч делителя
быть равно
2ZZ . Аналогично первой секции делителя рассчитаем
10
ширину микрополосковых линий с волновым сопротивлением
должно
1
,
0
1
с учетом толщины медной фольги:
50 Ом 4, 3 мм;
ZW
00
100 Ом 1, 2 мм.
ZW
11
На основании полученных значений построим электродинамическую модель второй секции делителя в полноволновом симуляторе
CST Studio Suite (рис. 2.6, б).
Ниже приведем частотные характеристики согласования и коэффициента передачи Т-образного делителя (рис. 2.7 – 2.9).
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]