6.5. Требования к содержанию отчета
Отчет должен содержать:
1. Формулировку цели работы.
2. Структурную схему установки в режиме измерения ДН и КСВ, геометрию антенны.
3. Измеренную зависимость КСВ для двух антенн.
4. Расчетную зависимость распределения токов на элементах решетки.
5. Измеренную ДН ВК 1 и ВК 2 в Е-иН-плоскостях.
6. Расчетную ДН ВК1 и ВК 2 в Е-иН-плоскостях на 3 частотах.
7. Расчетный КСВ в полосе частот.
8. Расчетную зависимость коэффициента усиления и отношения вперед/назад ВК.
9. Выводы, касающиеся зависимости характеристик ВК от геометрии и сравнительная оценка свойств ВК по отношению к антеннам других типов (рупорные, спиральные, полосковые).
6.6. Контрольные вопросы
1. Объяснить назначение конструктивных элементов ВК на рис. 6.1.
2. За счет чего в ВК происходит увеличение КУ по отношению к вибраторному излучателю?
3. Как увеличить КУ антенны ВК?
4. От чего зависит полоса рабочих частот антенны ВК?
5. Какую поляризацию э/м поля имеет ВК?
6. Объяснить суть метода наведенных ЭДС.
7. Возможна ли реализация двух линейных ортогональных поляризаций в антеннах этого типа?
8. Возможна ли реализация круговой поляризации (левой, правой) в антеннах ВК?
9. От чего зависит и как определяется отношение вперед/назад в ВК?
10. Можно ли уменьшить ширину основного лепестка ДН антенны в одной плоскости (например, в Н-плоскости), какими средствами?
11. Как изменятся характеристики антенны при увеличении толщины элементов?
12. Сравните электрические, конструктивные и климатические характеристики различных рефлекторов – вибратор, сплошной экран, сетчатый экран.
13. Каковы возможные способы повышения входного сопротивления активного вибратора?
14. В какой плоскости (EилиH) ДН антенны ВК уже, почему?
15. Сформулируйте теорему перемножения ДН.
16. Изобразите качественно зависимость КУ антенны от числа элементов?
17. Дайте сравнительную оценку характеристик ВК и рупорного излучателя.
18. Существенное увеличение количества элементов для увеличения КНД неоправданно в связи со слабым их возбуждением. Предложите способ увеличения КНД на классе антенн ВК.
7. Исследование микрополосковой антенной решетки
Цели работы– экспериментальное исследование характеристик простой 9-элементной МПАР: диаграммы направленности в основных сечениях, частотной зависимости КСВ на входе, уровне боковых лепестков, ширины главного лепестка ДН, а также теоретический расчет диаграммы направленности на основе упрощенной математической модели или с помощью стандартных универсальных пакетов программ.
7.1. Общие сведения
Микрополосковые (печатные) антенны (МПА) и микрополосковые антенные решетки (МПАР) в последнее время получили заметное распространение в массовых телекоммуникационных системах. Прежде всего это обусловлено их низкой стоимостью, высокой технологичностью, малой массой. Благодаря этим качествам МПАР в ряде случаев (прежде всего в тех радиосистемах, где не требуется высокий уровень излучаемой мощности и широкая полоса частот) успешно конкурируют с антенными решетками других типов – волноводными, волноводно-щелевыми, вибраторными и т. д. Существенным недостатком простейших однослойных МПАР, ограничивающим их применение, является узкая полоса рабочих частот.
Применяются МПА разнообразных форм, из которых наиболее распространенными являются прямоугольная (рис. 7.1, а – вид излучателя, б – распределение тока по излучателю) или дисковая (рис. 7.2). В большинстве случаев
a б
Рис. 7.1
прямоугольная или дисковая МПА, имеющая одну точку питания, создает поле линейной поляризации. Это видно из картины распределения токов (рис. 7.1, б).
Для улучшения направленных свойств простейшие МПА объединяют в антенные решетки, примером является МПАР миллиметрового диапазона, выполненная по параллельной схеме питания (рис. 7.3).
Рис. 7.2 Рис. 7.3
В
Рис 7.4
Представление о конструкции исследуемой МПАР дает фото на рис. 7.5. Материалом подложки является пенополиэтилен с относительной диэлектрической проницаемостью около единицы и толщиной 5 мм. Металлизация антенны (медь) нанесена на тонкий слой диэлектрического материала (стеклотекстолит с толщиной 0.2 мм) (рис. 7.5).
Рис.
7.5
Одиночные прямоугольные элементы МПАР имеют размер по узкой стороне около половины длины волны (с учетом замедления волны в диэлектрике подложки) и при питании подводящей микрополосковой линией с широкой стороны имеют довольно высокое входное сопротивление (около 160…300 Ом в зависимости от ширины элемента и электрической толщины подложки). При этом токи по элементу текут в направлении, параллельном узкой стенке (рис. 7.1, б), создавая в дальней зоне поле линейной поляризации.
Последовательное включение таких элементов через отрезок линии длиной около половины длины волны обеспечивает синфазное возбуждение всех излучателей. Для согласования входных сопротивлений трех последовательно соединенных элементов с питающей линией применен согласующий четвертьволновый трансформатор.
Три последовательные линейки включены параллельно, средняя линейка элементов имеет специально изогнутый отрезок линии, длина которого подобрана определенным образом с целью обеспечения синфазности токов в каждой линейке. Таким образом, все девять элементов данной МПАР возбуждены синфазно с амплитудным распределением, незначительно отличающимся от равномерного.