ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОЙ ГИБРИДНОЙ МЕТАЛЛО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ

January 28, 2013 by admin Комментировать »

Катрич В. А., Майборода Д. В., Погарский С. Д., Пшеничная С. В., Сапрыкин И. И., Шаулов Е. Л. Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина Пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61077, Украина Тел.: +38(057) 7075278, e-mail: Sergey.A.Pogarsky@univer.kharkov.ua

Аннотация – Рассмотрены свойства многоэлементной модифицированной гибридной металлодиэлектрической излучающей структуры с экраном и синфазными щелевыми излучателями в металлическом основании. Исследовано влияние экрана со стороны диэлектрического стержня на формирование диаграммы направленности в 8-мм диапазоне длин волн.

I.                                       Введение

Многообразие видов и форм щелевых элементов, расположение их в различных типах линий передач и возможность использования особенностей режимов их возбуждения являются основой для решения задач по созданию эффективных излучающих устройств и систем с оптимальными и новыми характеристиками [1,2]. Особый интерес представляют излучающие системы, выполненные на основе металлодиэлектрических структур, отличающиеся достаточной технологичностью, низкой стоимостью и высокой степенью эффективности.

В данной работе рассмотрены свойства многоэлементной щелевой излучающей структуры, выполненной на основе модифицированного гибридного металлодиэлектрического волновода.

II.         Излучающие свойства щелевой структуры

Излучающая структура представляет собой модифицированный изолированный зеркальный диэлектрический волновод, состоящий из металлизированного основания 2, диэлектрической подложки 3 из си- талла (^2=9,6) толщиной 0,5мм , диэлектрического

стержня 4 (сечением 2х2мм) из полистирола (^2 =2,56) и металлического экрана 5, установленного на расстоянии ^ от диэлектрической подложки.

Рис. 1. Геометрия излучающей структуры.

Fig. 1. Radiating structure model

В металлизированном основании подложки под диэлектрическим стержнем размещена периодическая последовательность излучателей, состоящая из 19-ти щелей (шириной 1мм и длиной S,4mm), расположенных на расстоянии S,4mm друг от друга и нормально относительно диэлектрического стержня. Длина излучающей части структуры L=\SOmm. Возбуждение щелей – синфазное.

Оптимальное возбуждение излучающей структуры осуществляется посредством переходов, образованных отрезками стандартных прямоугольных волноводов 1 и отрезков диэлектрического стержня со скосами (длиной 1мм) по высоте стержня, входящими в область прямоугольных волноводов [1].

Проведенными ранее исследованиями [3] установлено, что в стандартном исполнении излучающего модуля на основе зеркального диэлектрического волновода основная часть мощности излучается со стороны диэлектрической подложки со стержнем, а доля мощности, излучаемая со стороны металлизированного основания оценивается величинами в

10..         .15 % от мощности падающей волны. Модификация металлодиэлектрической структуры путем изменения соотношения диэлектрических проницаемостей подложки и стержня и увеличением толщины подложки ведет к существенному изменению спектрального состава возбуждаемых в структуре волн. Использование диэлектрической подложки с относительно большим значением ε и малой величиной диэлектрической проницаемости стержня ведет к возбуждению одновременно с типичными волнами ИЗДВ также поверхностных и объемных волн и приводит к превалирующему излучению со стороны диэлектрического стержня.

Введение экрана со стороны диэлектрической подложки со стержнем приводит к существенному изменению спектрального состава распространяющихся волн. Основной волной, распространяющейся в структуре, оказывается волна LM -типа. Следствием этого является эффективное взаимодействие электромагнитной волны и щелевых неоднородностей, что приводит существенному увеличению излучаемой мощности со стороны металлизированного основания.

Для исследования характеристик излучения в экспериментальном модуле была предусмотрена возможность перемещения экрана относительно диэлектрической подложки, т. е. вариации величины ^ (рис. 1).

Как показали экспериментальные исследования, введение экрана позволяет оптимизировать характеристики излучения не только по уровню излученной мощности, но и по ширине главного лепестка диаграммы направленности (ДН). Вместе с тем, вариация параметра ^ ведет к смещению центральной частоты излучения.

На рис. 2. приведено семейство ДН исследуемой структуры при различных значенияхпараметра ^ .

Все ДН нормированы на значениеоптималь

ного случая. Кривая 1 соответствует ДН структуры в отсутствии экрана.

Анализ приведенных характеристик свидетельствует о том, что параметр ^ оказывает существенное влияние на уровень излученной мощности: существует оптимальное значение (кривая 3 рис. 2). При этом уровень боковых лепестков не превышает 7% при ширине главного лепестка менее 9°.

Характерной особенностью является возникновение дополнительных частот излучения (с уровнями излучения существенно меньшими, чем на основной частоте) и отклонение главного лепестка ДН от нормали к структуре при малых значениях параметра ^ .

THE RADIATING CHARACTERISTICS OF MULTI-ELEMENT HYBRID METAL-DIELECTRIC STRUCTURE

Puc. 2. Диаграмма направленности модуля: 1- без экрана, F=26 ГГц; 2- s=14 мм, F-27 ГГц;

3        – 8=10 мм, F=26 ГГц, 4- s=10 мм, F=28 ГГц.

Fig. 2. Radiation pattem characteristic: 1- without screen, F=26 GI4z; 2-s=14 mm, F=27 GI4z; 3-s=10 mm, F=26 GHz, 4 – s=20 mm, F=28 GHz.

Ml. Заключение

Полученные результаты подтверждают возможность создания высокоэффективных излучающих систем на основе металлодиэлектрических структур с относительно высокими значениями относительной диэлектрической проницаемостью подложки. Наличие экрана и его оптимизированное местоположение ведет к возрастанию уровня излучения, изменению центральной частоты излучения, что в свою очередь вызывает изменение ДН и КСВН. Это можно использовать для механической перестройки излучающего модуля. Предложенный модуль удобен для использования в качестве невыступающих антенн.

IV.                           Список литературы

[1] Погарский С. А., Катрич В. А., Сапрыкин И. И., Шау- лов Е. А., Чумаченко В. А. Излучающая система на основе изолированного зеркального диэлектрического волновода. – В кн.: 9-ая Межд. Крымская конф. «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо-99). Материалы конф. [Севастополь, 1999.]. – Севастополь: Вебер, 1999, с.213-214.

[2] Катрич В. А., Звягинцев А. А., Погарский С. А., Сапрыкин И. И., Майборода Д. В., Шаулов Е. А. Зеркальный диэлектрический волновод – базовая электродинамическая структура для создания высокоэффективных излучающих систем. В кн.: 14-ая Межд. Крымская конф. «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо-04). Материалы конф. [Севастополь, 2004 г.]. – Севастополь: Вебер, 2004, С..394-395.

[3] Mayboroda D. V., Pogarsky S. А., Saprykin I. I. The guiding properties of strip dielectric waveguides and possibility of functional radiating elements designing. – In Proc. of the 5-th Int. Conf. on Antennas Theory and Techniques, 2005, Kyiv.

–        P.245-247.

Katrlch V. A., Mayboroda D. V., Pogarsky S. A., Pshenichnaya S. V., Saprykin I. I., Shaulov E. A. Kharl<ov National University 4, Svoboda sq., Kharkov, 61077, Ukraine Ph.: +38(057) 7075278 e-mail: Sergey.A.Pogarsky@univerkharkov.ua

Abstract – Considered in this paper are the properties of multielement modified hybrid metal-dielectric radiating structure with screen and cophasal slot radiators. It has been investigated how the shield from the rod side influences pattern formation in 8-mm waveband.

I.                                        Introduction

The radiating systems based on metal-dielectric structures are of special interest because they are technologically, low cost and effectively.

Different shapes of slot elements, their location in different kinds of transmission lines and the possibility to use their exciting modes are the basis for creation of efficient radiating systems with optimal and advanced characteristics [1, 2]. Systems on the basis of metal-dielectric structures are the most prospective because of their manufacturability, low cost and high efficiency.

Properties of multielement slot radiating structure on the basis of modified hybrid metal-dielectric waveguide are examined.

II.               Radiating Properties of Slot Structure

The cross-section of the structure under investigation is presented in Fig. 1. The essential properties of this structure are: the ratio between dielectric constants of dielectric rod and substrate (ε^ > greater thickness of substrate comparing

with designs based on isolated image guides and the presence of auxiliary element – the shield from the side of dielectric rod. It has been established earlier [3] that in radiating module based on isolated image guides the main part of energy leaks from the side of rod and efficiency of radiated power comes to

10..   . 15%. It may be explained by exciting the specific wave spectrum: bound modes of isolated image guide, surface-waves and space-waves.

Introducing a screen from the side of dielectric rod leads to changing of eigenwave spectrum and, finally, radiating power increases.

Presented in Fig.2 is the radiating pattern characteristic of multielement radiating system with variation of s parameter. One can observe that optimization of ^ parameter allows increasing of the leak power, as well as optimizing of the side lobe. It is possible to realize relatively small level of side lobes (less than 7 %) with main lobe width less than 9°.

It is typical that auxiliary radiating frequencies appear with small 5 values (with radiating level less than at the reference frequency). It should be noted that the main lobe deflects from the structure normal.

III.                                      Conclusion

The investigations conducted prove that it is possible to design effective radiating systems based on hybrid structures with high substrate permittivity. The presence of auxiliary shield and its optimized position leads to increasing of leaking power and to change of central frequency position.

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