ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОГЛАСОВАНИЯ РЕШЕТОК ПЕЧАТНЫХ ВИБРАТОРОВ НА ОПОРНЫХ СТОЙКАХ

January 20, 2013 by admin Комментировать »

Касьянов А. О., Обуховец В. А., Мушников В. В. Таганрогский государственный радиотехнический университет г. Таганрог, ГСП-17А, 347928, Россия тел.: +7(863)-4393061, e-mail: vao@tsure.ru

Аннотация – Численно исследованы характеристики согласования антенных решеток из печатных вибраторов на опорных стойках, расположенных над проводящим плоским экраном. Исследовано взаимное влияние между элементами решетки. Проведено сравнение с экспериментальными данными.

I.                                       Введение

Исследованию фазированных антенных решеток (ФАР) проволочных вибраторов на опорных стойках посвящено множество работ, среди которых следует особенно выделить [1]. При переходе к печатному способу изготовления таких ФАР опорные стойки перестают играть роль конструкционных элементов. Теперь они представляют собой короткозамкнутые настроечные шлейфы на основе симметричных щелевых ЛИНИЙ. В [2] на электродинамическом уровне построена математическая модель подобной ФАР из продольных печатных вибраторов. В настоящей работе, опираясь на САПР, разработанную авторами

[3]    , численно исследованы частотные характеристики (ЧХ) КСВ излучателей таких антенных решеток.

II.                              Основная часть

Рис. 2. ЧХ двухэлементной вибраторной решетки.

Fig. 2. Frequency characteristics of VSWR two-element printed dipole array with H-plane elements location

Расширение полосы согласования ФАР продольных печатных вибраторов можно добиться выбором ДЛИН опорных стоек или длин симметричных щелевых ЛИНИЙ, подключенных к ним [4]. На рис. 1 приведены рассчитанные ЧХ изолированного излучателя ФАР ИЗ продольных печатных вибраторов. Параметры печатного излучателя (см. врезку на рис. 3, б): Н = 42мм; Δ = 2μμ; w=D = 11mm. Вибратор возбуждается несимметричной полосковой линией с ВОЛНОВЫМ        сопротивлением                «              50                    Ом.         На

рис. 1 обозначено:           кривая 1  рассчитана          при

1/2=42 ММ] 2 — при Z/2=40mm; 3— Z/2 = 38mm; 4—L/2= = 36 мм; 5—Z/2=34mm. Видно, что уменьшение длины плеча печатного вибратора на 15 % приводит к увеличению частоты наилучшего

согласования в 1,23 раза и расширению полосы согласования ПО уровню       <              2              с 19 % ДО 24 %.

Рис. 1. ЧХ изолированного печатного вибратора.

Fig. 1. Frequency characteristics of VSWR isolated printed dipole with SC shunt based on symmetrical slot line

Рассмотренный печатный излучатель входит в состав антенной решетки, поэтому представляет интерес исследование взаимного влияния между такими излучателями. Поскольку вдоль своих осей вибраторы не излучают, оценим степень взаимного ВЛИЯНИЯ между печатными излучателями в Н – ПЛОСКОСТИ. На рис. 2 приведены рассчитанные ЧХ двухэлементной решетки продольных печатных вибраторов на опорных стойках, замыкающихся на проводящий экран. При ЭТОМ в качестве параметра выступает dfj — расстояние между излучателями в ПЛОСКОСТИ Н. Параметры печатного излучателя: L°=°140 мм; Н 67 мм; Δ = 2 мм; w =9 и D = 9,5 мм.

Ha рис. 2 обозначено: кривая 1 рассчитана при άΗ=λ!^2\ 2 —при άΗ=λΙ6] 2>—άΗ=λ!Λ\ 4 — ;

5 — dH= 5/1/12 : 6 — при = λ!2\ 7 — dH = lXj\2\ 8— dj^ CO (изолированный вибратор). При изменении расстояния между элементами решетки в Н-плоскости наблюдается уход частоты /q в пределах 13 %. При этом ширина полосы частот

согласования определенная по уровню < 2 изменяется от 11 % до 14 %.

От исследования характеристик согласования двухэлементных решеток перейдем к трехэлемент- ной вибраторной решетке, излучатели которой располагаются в Н-плоскости так, как показано на врезке рис. 3, а, где цифрами 1, 2, 3 обозначены номера вибраторов. Шаг решетки d^ = d = 0,236 λ.

Табл. 1. Параметры решетки Table 1. Array parameters

Вибратор

ил

D/λ

w/λ

Δ/λ

Η/λ

№2

0,435

0,055

0,055

0,014

0,236

№ 1, № 3

0,725

0,0725

0,0725

0,014

0,236

На рис. 3, а обозначено: кривая 1 — экспериментальные результаты; 2 — расчеты, выполненные с помощью САПР, разработанной авторами; 3 — расчеты, выполненные в среде AnSoft HFSS.

Рис. 3. ЧХ трехэлементной вибраторной решетки.

Fig. 3. Frequency characteristics of VSWR three-element printed dipole array with H-plane elements location

Результаты численного исследования характеристик согласования этой решетки для различных значения параметра Н (длин шлейфов) приведены на рис. 3, б. На рис. 3, б обозначено: кривая 1 рассчитана при Н 40 мм; 2 — при Н 50 мм; 3 — Н 55 мм; 4 — Н 60 мм; 5 — Н 62 мм. Видно, что уменьшение ДЛИНЫ шлейфов вибраторов решетки более чем в полтора раза приводит к незначительному увеличению частоты наилучшего согласования (примерно

на 2,5 %), который сопровождается ростом                (/q)

от 1,6 до 2,2 И ПОЧТИ двукратным сужением полосы согласования по уровню < 3.

III.                                  Заключение

с помощью САПР электродинамического уровня, разработанной авторами, исследованы характеристики согласования решеток печатных вибраторов на опорных стойках. Исследовано взаимное влияние элементов в антенной решетке, а также влияние параметров излучателей на их характеристики согласования. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании плоских ФАР из продольных печатных излучателей.

Авторы благодарят А. Н. Секистова за предоставленные результаты экспериментальных исследований.

IV.                           Список литературы

[1] Богомягков А. И., Бодров В. В., Марков Г. Т., Старос- тенко Б. А. Расчет характеристик излучения вибраторных ФАР с учетом влияния опорных стоек. — В сб. ст. по прикладной ЭД. Вып. 4. М: Высш. шк., 1980 — 0.164-207.

[2] Инденбом М. В. Метод расчета продольных печатных излучателей в плоских ФАР. — В кн.: Антенны / Под ред. Д. И. Воскресенского. Вып. 32. М. Радио и связь, 1985.

[3] Касьянов А. О., Обуховой, В. А. Система автоматизированного проектирования отражательных антенных решеток. – В кн.: 14-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ- техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМи- Ко’2004). Материалы конф. [Севастополь, 13-17 сент. 2004 г.]. – Севастополь: Вебер, 2004, с. 12-15.

[4] Касьянов А. О., Мушников В. В. Результаты численного моделирования продольных печатных излучателей в плоских ФАР. – В кн. Междунар. конф. «Излучение и рассеяние ЭМВ» (ИРЭМВ-2005). – Таганрог: ТРТУ, 2005, с. 156-158.

NUMERICAL RESEARCH OF MATCHING CHARACTERISTICS FOR PRINTED DIPOLES ON SUPPORTED RACKS

Kasiyanov A. O., Obukhovets V. A., Mushnikov V. V. Taganrog State University of Radio Engineering GSP-17A, Taganrog, 347928, Russia Ph.: +7(863)4393061832, e-mail: vao@tsure.ru

Abstract – In present paper results of numerical research and experimental measurements of input frequency characteristics of longitudinal printed radiators in flat phased antenna arrays are presented.

I.                                         Introduction

There are conducting elements in structure of longitudinal microstrip radiators. The dielectric substrates form an array of dielectric bars. Microstrip radiators are etched on those sides of bars, which are orthogonal to the ground plane combined with an aperture phased array. Microstrip dipoles, Vivaldi’s aerials and other printed elements can be longitudinal radiators.

II.                                        Main Part

The purpose of the present article is to research of numerical simulation opportunities for input antenna characteristics definition of a printed dipole radiator of the phased array represented in Fig. 3b. The microstrip dipole is etched on dielectric substrates, which are orthogonal to metal screen. To essence, such dipole radiator as the element of a phased array is similar to the wire dipole on the supported racks. We shall be convinced of it on the basis of results of the numerical analysis of the printed dipole antenna characteristics. CAD of the printed antennas analysis realizes the mathematical model of the microstrip antenna developed on the basis of application ofthe integral equation method. By numerical research it is shown that selection of supported racks lengths makes possible to achieve expansion of frequency band on VSWR < 2 in 2 times.

III.                                       Conclusion

There is a good agreement between numerical results and measurements of frequency characteristics of aerials.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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