ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДИРЕКТОРНЫХ АНТЕНН В СОСТАВЕ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

February 13, 2013 by admin Комментировать »

Юрцев О. А., Бобков Ю. Ю., Чекан С. А., Аль-Рифаи А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, д. 6, г. Минск, 220013, Республика Беларусь тел.+375 17 293 89 27, e-mail: yurtsev_o@tut.by

Аннотация – Методом моментов рассматривается коэффициент передачи между двумя директорными антеннами, диаграмма направленности решетки с учетом взаимодействия излучателей между собой, входное сопротивление, зависимость этих параметров от геометрии и частоты.

I.                                       Введение

Директорные антенны используются как самостоятельные антенны, так и в качестве излучателей антенных решеток. В этом случае характеристики и параметры решетки существенно зависят от взаимодействия излучателей между собой. В докпаде излагаются результаты анализа характеристик излучения антенной решетки из директорных антенн. Малоэлементные решетки анализируются методом моментов, многоэлементные комбинацией метода моментов – для фрагмента решетки и последующего использования теоремы перемножения диаграмм направленности.

II.           Объекты и метод исследования

Рассматриваются линейные антенные решетки, в которых директорные антенны (далее излучатели) расположены в плоскости Е, линейные решетки с расположением излучателей в плоскости Н и плоские антенные решетки. Фрагмент плоской антенной решетки показан на рис.1. Плоскость Е – это плоскость XZ, плоскость Н – плоскость YZ.

Рис. 1. Антенная решетка директорных антенн.

Fig. 1. Antenna array from Yagi-Uda antennas

Далее используются обозначения: Dx, Dy – расстояния между излучателями вдоль осей X и У; Μχ, Му

–   число излучателей по осям X и Υ; Nd – число директоров в дирекгорной антенне (в одном излучателе).

Для нахождения распределения тока в проводниках излучателе (активном вибраторе, рефлекторе, директорах) по заданному напряжению возбуждения на входе активного вибратора используется метод моментов: интегральное уравнение Покпингтона для тока в тонком проводнике, импульсные функции в качестве базисных и весовых функций при сведении интегрального уравнения к матричному.

Модель возбуждения – напряжение единичной амплитуды в сегменте на входе активного вибратора. По распределению тока рассчитывается поле в дальней зоне, диаграмма направленности (ДН) и коэффициент усиления (КУ). Такой подход позволяет за сравнительно короткое время рассчитать распределение тока в решетке с числом директорных антенн в составе одного линейного рефлектора, активного вибратора и двух-трех директоров, если число излучателей в решетке не более 20-25. При большем числе излучателей ДН рассчитывается с использованием теоремы перемножения ДН:

где ίι(θ,φ) – ДН одного излучателя с учетом взаимодействия; fc (Θ, φ) – множитель системы.

Такой подход предполагает, что ДН всех излучателей решетки с учетом взаимодействия одинаковы. На самом деле за счет краевого эффекта ДН крайних излучателей может существенно отличаться от ДН излучателей, расположенных в центре решетки. Поэтому формула (1) использована для расчета ДН и КУ решетки, составленной из фрагментов полной решетки (из подрешеток). В этом случае ίι(θ,φ) – ДН одной подрешетки; ί^(θ,φ) – множитель системы

подрешеток. Исследовалось влияние на точность получаемого результата способа разбиения решетки на подрешетки. Далее число излучателей в подре- шетке по осям X и Υ обозначается символами Νχ, Ny; число подрешеток – символами Ncx и Ncy; Mx=Nx Ncx, My=Ny Ncy.

Коэффициент передачи между взаимодействующими излучателями S12 определялся как отношение мощности на входе пассивного излучателя к мощности на входе активного излучателя.

III.                    Результаты численного моделирования

Далее приводятся результаты расчета коэффициента передачи S12 между двумя излучателями, расположенными в плоскости Е и в плоскости Н, остальные результаты (входное сопротивление, ДН, КУ) приведены для линейной решетки с расположением директорных антенн в плоскости Е.

При всех значениях числа директоров Nd длина активного вибратора, линейного рефлектора и директоров выбирались из условий минимума обратного излучения (вдоль оси -Z) на средней частоте. На рис.2 показана зависимость S12 от Οχ/λ (λ – длина волны) при Nd=0, 2. Для Nd=0 показана зависимость при расположении директорных антенн в плоскости Е и в плоскости Н. Как видно, взаимодействие в плоскости Н больше, чем в плоскости Е. С увеличением число директоров коэффициент передачи S12 уменьшается.

Рис.З позволяет сравнить три способа расчета ДН решетки с учетом взаимодействия излучателей между собой. Параметры решетки: Nd=1, Dx/A=0,75. Рис.ЗА-

ДН решетки рассчитана методом интегральных уравнений для всей решетки. Рис.ЗВ – ДН решетки рассчитана как произведение ДН одного излучателя с учетом взаимодействия в составе всей решетки и множителя системы решетки из 9 излучателей. Рис.ЗС – ДН рассчитана как произведение ДН группы из трех излучателей методом интегральных уравнений и множителя системы решетки из трех таких излучателей. В этой решетке расстояние между излучателями в 3 раза больше, чем в решетке из отдельных дирекгорных антенн. Как, видно все три ДН практически совпадают выше уровня -30 дБ.

Рис. 2. Зависимость S12 от Οχ/λ.

Fig. 2. S12 versus Οχ/λ ratio Antenna array pattern

IV.                                  Заключение

Диаграмма направленности

Исследована зависимость коэффициента передачи между двумя директорными антеннами в составе решетки от волнового расстояния между излучателями и числа директоров. Проведено сравнение трех способов расчета ДН и КУ решетки: применение метода интегральных уравнений для всей решетки; применение метода интегральных уравнений для расчета ДН одного возбуждаемого излучателя при наличии пассивных и последующее применение теоремы перемножения диаграмм направленности; применение метода интегральных уравнений к фрагменту решетки и последующее применение теоремы перемножения диаграмм направленности. Показано, что все три метода дают практически одинаковый результат, но третий метод требует существенно меньшего времени для счета.

Диаграмма направленности

INTERACTION OF YAGI-UDA ANTENNAS IN ANTENNA ARRAYS

Oleg A. Yurtsev, Yuri Y. Bobkov,

Abd Almouen Alrifai Beiarusian State University of informatics and Radioeiectronics

6,                P. Brovi<a Str, Minsi<, 220013, Beiarus

Ph.: +375-17-2938927, e-maii: yurtsev_o@tut.by

Диаграмма направленности

Рис. 3. Диаграмма направленности peujemKU. Fig. 3. Antenna array pattern

Abstract – The results of modeling of transmission coefficient between two Yagi-Uda antennas in antenna array (Fig.1) are discussed in this article. The transmission coefficient S21 versus wavelike distance between antennas and directors number are analyzed by Moment Method (MoM). Both E-plane and H-plane (Fig. 2) interactions are analyzed. Tree methods for the calculation ofthe antenna array radiation pattern subject to interactions are discussed. Fig. 3 shows the radiation patterns calculated by different methods for antenna array composed of 9 Yagi-Uda antennas (irradiators). The each irradiator has one director and one linear reflector. The radiation pattern for full antenna array calculated by MoM is shown at Fig. ЗА. It is the first method. In the second method the radiation pattern of one active irradiator subject to other irradiator is passive, and MoM calculates it. The pattern of full array is calculated by theorem of antenna pattern multiplication. Fig. 3B. In the third method the full antenna array is decomposed to three fragments per tree irradiators. MoM calculates the antenna pattern of one fragment subject to all (three) irradiators. The pattern of full array is calculated by theorem of antenna pattern multiplication, but system factor calculated for array consist of three fragments. One can see, that all proposed methods allow achieving the same results. But the third method needs more little computertime.

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