Антенны и СВЧ устройства СБЛ

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА АИУС

Расчетно-графическое задание

по дисциплине: Антенны и сверхвысокочастотные устройства систем ближней локации

Тема: «Антенны и СВЧ устройства СБЛ»

Выполнил: студент Лех Д.Ю.

Факультет: ЛА

Группа: МР-51

Проверил: преподаватель Ромодин В.Б.

НОВОСИБИРСК 2018

Содержание

Введение

1. Назначение и принцип работы микрополосоквых антенн

1.1 Параметры микрополосковых антенн

2. Выбор материала антенной решетки и ориентировочное определение конструктивных размеров микрополоскового излучателя (МПИ)

2.1 Выбор материала

3. Основные сведения

Выводы

Введение

В настоящее время происходит интенсивное становление теории и совершенствование технологии микрополосковых антенн, отличающихся большим разнообразием конструкций и пригодных для применений в качестве как самостоятельных антенн, так и элементов антенных решеток. Освоенный диапазон частот микрополосковых антенн простирается от 300 МГц до 20 ГГц.[2]

Применение наряду с двухпроводными коаксиальными линиями и волноводами полосковых линий передачи привело к созданию специальных полосковых антенн, выполняемых методом печатных схем.

Основным преимуществом подобных антенн является малая масса, простота конструкции, высокая точность изготовления, возможность создания не выступающих конструкций. Существенным недостатком одиночного микрополоскового излучателя является его узкополосность, связанная с резонансным механизмом действия антенны.

Основным недостатком антенн в печатном исполнении является малая электрическая прочность.[1]

1. Назначение и принцип работы микрополосоквых антенн

Микрополосковые антенны (МПА) предназначены для приема и излучения электромагнитной энергии с линейной, круговой и эллиптической поляризацией, в диапазоне дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Полосковые излучатели особенно удобны в качестве элементов антенных решеток, причем использование печатной технологии существенно упрощает реализацию разветвленной схемы питания элементов. Такой тип антенн применяют и в аэрокосмической технике, как антенны радиолокационных станций. Из-за дешевизны и надёжности конструкции МПА нашли широкое применение в мобильной связи. К простейшим излучателям в печатном исполнении относят плоские симметричные вибраторы различной конфигурации, расположенные на диэлектрической подложке параллельно проводящем экрану. Параметры диэлектрического слоя (его толщина, диэлектрическая проницаемость) влияют на резонансную длину плеч вибраторов.

Используют также печатные излучатели резонаторного типа, представляющие собой диск, расположенный над металлическим экраном на диэлектрической подложке и возбуждаемый коаксиально линией или полосковой линией с противоположной стороны экрана. Антенна возбуждается несимметричной полосковой линией, расположенной с той же стороны экрана, что и антенна.[1]

Упрощенно можно считать, что объемный резонатор микрополоскового излучателя ограничен вертикальными стенками из идеального магнитопроводящего материала, расположенными по периметру прямоугольной пластины. В прямоугольных микрополосковых антеннах обычно используется низший тип резонанса, при котором расстояние между излучающими щелями соответствует половине длины волны в полосковой линии передачи с шириной проводника, в свою очередь, равной половине длины волны в свободном пространстве.[2] Излучение формируется в основном двумя щелями I и II, образованными краями излучателя и экраном. Магнитные токи оказываются синфазными и формируют максимум излучения вдоль нормали к экрану. Возбуждение микрополосковых антенн осуществляется от коаксиальной или полосковой линей. Конструкция получается весьма компактной, к тому же на антенной плате возможно размещение элементов управления излучением или схем обработки сигналов. Предполагается, что излучение энергии происходит через торцевые щели, образованные кромками концов отрезка полоскового проводника и экраном. При этом делается допущение о пренебрежимо малом излучении боковых щелей и учитывается возбуждение лишь квази-Т волны. Мощность, излучаемая торцевыми щелями, невелика по сравнению с мощностью квази -Т волны, набегающей на щель. Поэтому коэффициент отражения в плоскости торцевых щелей близок к единице. При этом распределение тока, а также поля, вдоль оси полосковой линии между торцевыми щелями мало

При определенной длине отрезка полосковой происходит синфазное сложение волн, отраженных от его концов, что соответствует резонансному режиму работы.

1.1 Параметры микрополосковых антенн

Входное сопротивление - это эквивалентное сопротивление линии на ее входе, которое определяется отношением напряжения к току в сечении линии.

Рабочая полоса частот - полоса частот в пределах, которой другие параметры не выходят за пределы допусков, установленных техническим заданием.

Коэффициент полезного действия (КПД) - отношение мощностей излученной антенной и подводимой к антенне.

Коэффициент направленного действия (КНД) - численная величина, показывающая во сколько раз мощность, излучаемая в данном направлении отнесенная к единице телесного угла (интенсивность излучения в данном направлении) больше интенсивности излучения абсолютно ненаправленной антенны, при условии равенства полных мощностей, излучаемых обеими антеннами.

Коэффициент усиления (КУ). Различают абсолютный и относительный КУ.

Абсолютный (изотропный) КУ антенны показывает во сколько раз интенсивность излучения в данном направлении, больше интенсивности абсолютно ненаправленной (гипотетической) антенны с КПД равным 100%, при условии равенства подводимых к обеим антеннам мощностей.

Диаграмма направленности может быть амплитудной и фазовой. Она показывает зависимость амплитуда или фазы вектора напряженности электрического поля от угловых координат точки наблюдения, находящейся на фиксированном расстоянии в дальней зоне.

Поляризация - ориентационная характеристика векторов электромагнитной волны.

2. Выбор материала антенной решетки и ориентировочное определение конструктивных размеров микрополоскового излучателя (МПИ)

2.1 Выбор материала

При разработке и конструировании МПА часто применяют полосковую линию, которая представляет собоютрехпроводную линию, в которой пространство между проводниками заполнено диэлектриком. Проводники имеют хорошую экранировку, но сложны в эксплуатации и настройке. Такая полосковая линия является симметричной. Питание МПА с помощью не симметричной полосковой лини более целесообразно, поскольку, она обладает простотой изготовления и больше применяется, чем симметричная линия. Итак, остановимся на несимметричной полосковой линии, которая и будет питать МПА в моем курсовом проекте.

Выбор материала для изготовления излучающих элементов антенны. Основные требования при этом:

нужное значение диэлектрической проницаемости;

малые потери;

высокая механическая прочность, теплостойкость, однородность материала, устойчивость параметров во времени, малая гигроскопичность.

обеспечивается возможность изготовления листов фольгированого материала требуемого размера.

3. Основные сведения

микрополосоквый антенна излучатель

Микрополосковые излучатели изготавливаются как планарные антенны, которые печатаются на диэлектрическую пластину. Обычно они состоят из трех слоев: посередине - диэлектрический слой (подложка), сверху - проводящая пластина (патч), в основании - проводящая металлическая пластина.

Из преимуществ использования МПА выделяют:

· Высокую повторяемость характеристик;

· Низкую стоимость;

· Малые габаритные размеры.

Также способность излучать энергию с линейной, круговой и эллиптической поляризацией, приводит к удобным конструктивным решениям и обеспечивает работу в двух- или многочастотных режимах.

К недостаткам таких антенн относится примерное равенство их габаритных размеров и рабочей длины волны, что определятся резонансным режимом работы. На высоких частотах, например, на 915 МГц, размеры микрополосковой антенны могут достигать 35 см. Диэлектрик в МПА нужен для уменьшения габаритные размеры самого излучателя. Такие микрополосковые антенны с хорошей диэлектрической подложкой позволяют создавать миниатюрные излучатели.

Ширина частотной полосы в МПА приблизительно равна одному - двум процентам. Диэлектрик может повлиять на ширину полосу, причем, как расширить, так и сузить. Например, если увеличить толщину диэлектрической подложки, то ширина полосы пропускания антенны увеличится. Если же взять диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью, то полоса пропускания, наоборот, сузится.

Также необходимо помнить, что параметры диэлектрика влияют и на другие характеристики микрополосковых антенн. Для соответствия МПА высоким техническим требованиям и обеспечения функциональности диэлектрик должен обладать следующими свойствами: высокой температурной стабильностью, минимальными энергетическими потерями, однородностью структуры и неизменяемостью габаритных размеров. Такими качествами обладают диэлектрические материалы, которые в основном и используются при изготовлении МПА: фторопласт, поликор и т.д.

Проводящая пластина МПА имеет линейные размеры равные приблизительно 0,1 - 0,2 рабочей длины волны. По форме они могут быть трех видов: круглыми, прямоугольными или эллиптическими. Такое разнообразие способствует созданию антенн с различным набором определенных характеристик, например, входного импеданса, направленности и поляризации излучения. Металлическое основание по своим габаритам немного больше, чем пластина.

Запитывание энергией проводящей пластины можно обеспечивать тремя стандартными способами: апертурным, за счет коротких линий передачи и непосредственно электромагнитной связью. Каждый способ подведения энергии имеет свои достоинства и недостатки. Однако все способы влияют на характеристики антенны такие же, как и разные формы проводящей пластины.

Размещено на Allbest.ru