ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕКЦИОНИРОВАННЫХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ АНТЕНН

April 27, 2012 by admin Комментировать »

Мишустин Б. А.

Московский энергетический институт Россия – 111250, Москва, Красноказарменная, 14 тел. (095) 372-52-42, e-mail mishustinBA@mpei.ru Синьковский М. С., Слезкин В. Г. Севастопольский национальный технический университет Украина – 99053, Севастополь, Студгородок тел. (0692) 23-51-18, e-mailrt.sevgtu@stel.sebastopol.ua

Fig. 1. The construction scheme (a) and equivalent schematic diagram (b) of the three-sectioned antenna

Здесь 1 – питающий кабель, 2 и 3 – проводники такого же диаметра, Z – входное сопротивление одной секции (Z = R + ]Х), Х1 и Х2– фазирующие реактивности, Х3-согласующая реактивность.

Внешние характеристики такой антенны можно оценить приближенно, заменив каждую секцию нитью с током, имеющим синусоидальное распределение с нулем у края структуры. Нами были проведены расчеты как для плоских структур, так и пространственных, с отогнутыми по вертикальной оси на угол Д секциями. Зависимости неравномерности диаграмм направленности (ДН) в горизонтальной плоскости представлены на рис. 2.

I

При Хз = 0 входное сопротивление Zinp (между точками А и В ) составляет

Ясно, для получения согласования следует подобрать такую частоту вблизи параллельного резонанса, чтобы нормированное сопротивление секции R было равно 1/3. На этой частоте подбирается величина до полной компенсации реактивности.

Приведенные соотношения (1,2) верны для окончательного результата настойки антенны, но не учитывают тот факт, что в полная реактивность сопротивления секции X включает входные сопротивления щелевых линий, которые образованы краями секций. На практике это приводит к тому, что процесс настройки антенны должен выполняться по определенной стратегии.

При непосредственном возбуждении только двух секций входное сопротивление должно составлять 2R + рх. Однако из-за действия указанного фактора не удается зафиксировать частоту, на которой 2R = 2/3. Сопротивления приближаются к требуемым, если настройку начать с подбора последовательной реактивности (конструктивно удобнее использовать емкость) Хз До сохранения некоторого значения входной реактивности индуктивного характера. Затем, предположив, что именно это значение равно X, следует ввести реактивность X? и попытаться получить входное сопротивление, равное 2/3 + jji/ъ, а для последней секции Х2-до получения значений 2/3 – j-Jb/3 . Если с первой попытки это сделать не удается, нужно вернуться к подбору и повторить попытку.

Экспериментальный макет, выполненный для частоты 430 МГц, имел диаметр 120 мм (около 0.17 от длины волны), высоту воздушного диэлектрика 10 мм. Реактивности удалось подобрать с третьей попытки. Полоса согласования по уровню КСВ 2.0 составила 4 МГц, осевой коэффициент эллиптичности в полосе 2 МГц был не менее 0.9, неравномерность ДН в горизонтальной плоскости – не более 3 дБ.

III.  Заключение

Рассмотрены особенности применения и проектирования секционированных микрополосковых антенн с вращающейся поляризацией излучения. На примере 3-секционой антенны, которая обеспечивает неравномерность ДН в горизонтальной плоскости около 3 дБ, приведена обоснованная практическими результатами методика настройки антенны при ее экспериментальной отладке.

IV. Список литературы

[1]    Mishoostin В. A., Slyozkin V. G. The sectioned microstrip antennas – In the book 4-th Int. Conf. on Antenna Theory and Techniques ICATT-2003. Proceedings,V.1 [Sevastopol, Ukraine, 8-11 Sept. 2003].-Moscow, Russia, PH IPRZhR, Kyiv, Ukraine, PH «Izvestiya Vuzov», 2003, p. 501-503.

DESIGN OF THE SECTIONED MICROSTRIP ANTENNAS

Mishoostin B. A.

Moscow power engineering institute Krasnokazarmennaya 14, Moscow – 111250, Russia

tel. (095) 372-52-42, e-mail mishustinBA@mpei.ru Synkovsky M. S., Slyozkin V. G.

Sevastopol national technical university Studgorodok Sevastopol-99053, Ukraine Tel. (0692)23-50-18 E-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract – The results of analysis the sectioned microstrip antennas are presented. In comparison with classical patch antennas they have smaller size, but are complex for design. The technique of design-experiment construction of such antennas is offered.

I.  Introduction

The design possibility of sectioned microstrip antennas requiring the considerably smaller size matching arrangement is discussed in our paper [1]. However, the design details of these antennas are not considered. These problems of estimation the ultimate performance, size choice for the principal components of construction and strategy of antenna tuning are the problems of the present paper.

II.  Main part

The sectioned microstrip antennas with linear polarization of radiation field contain two patches, which are excited by a gap between central and outer conductors of a coaxial cable through matching capacitance. The cable is installed along one patch axis and is led out through its edge on a shield. For symmetry the opposite patch plate connects with a shield by the same way. The principle of operation is based on the idea that each section has the same frequency dependence of input impedance as the parallel oscillating circuit of high Q has. There is point near the resonant frequency, at which the active component of impedance of oscillating circuit is equalled to the feeder wave impedance, whereas it’s reactive component has an inductive character. As a result it is rather easy to provide matching by selection of series capacitance. The complexity of design is directly connected with the impossibility of rigorous calculation of the device inductance, whereas calculation of plane condenser capacitance is much easier problem. The necessary data can be obtained experimentally with minimum expenses after manufacturing one or two experimental models.

As example under consideration is the 3-section antenna with rotating polarization of radiation field (Fig. 1), where 1 denotes feeder cable, 2 and 3 are conductors of the same diameter, Z – input impedance of one section, Xt and X2 are phasing reactances, X3 is matching reactance. Calculated results, obtained by approximate method, showed that flat 3-section antenna can be used in practice if maximum permissible non-uniformity factor of horizontal plane far-field pattern is about 3 dB (Fig.2). The necessary values of Xt and X2are given by formula (1). ForX3 = 0 input impedance Zinp is defined by (2). The central operation frequency is chosen so, that the normalised value of R is 1/3. Tuning must be started with choice of X3 provided only two sections are excited. After iterative selection of Xt and X2 and, if necessary, X3 a nice matching could be obtained if input impedance is 2/3 ± j-v/з^/з ■ Our experimental model at 430 MHz has diameter 120 mm (about 0.17 of wavelength), height of air dielectric

10  mm. VSWR is less than 2.0 within 4 MHz bandwidth. Axial ellipticity within 2 MHz bandwidth is not less than 0.9, horizontal plane non-uniformity factor iss less than 3 dB.

III.  Conclusion

The application and design features of sectioned microstrip antennas with rotated polarisation are considered. By an example of the 3-section antenna, providing a horizontal plane nonuniformity about 3 dB, the experimentally verified technique of the antenna tuning is presented.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты