книги / Микрополосковые антенны и решетки в слоистых средах
..pdfМикрополосковые антенны из ВТСП |
|
|
|
|
|
||||
8 Е</ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
_и-с х |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
'\ ~ \ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 _______/ |
X |
Ч |
\ ____________, |
||||||
3 |
|
/ |
/ |
/ |
У |
N*3 |
\ > \ |
|
|
о |
/ |
/ |
' |
|
|
||||
|
/ |
|
-4 |
\ \ \ |
|
|
|||
4 |
/ /У |
|
|
|
------ |
|
\л\ |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
||||
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
so |
|
m |
ио |
() |
|
|
2 0 |
АО |
20 |
||||
|
|
|
|
|
|
2р а д |
|
|
|
Рис. 67. Графические изображения сравнительных значений отраженного поля для решетки вибраторов
L = 0,2A d = 0,03А и периодом D = 0,144А с разным числом вибраторов N из ВТСП и латуни на частоте/=10 Гц с составляющими: а — E Q ; б — £4
Интегральное уравнение (8.19) является интегральным уравнением Фредгольма первого рода с нагру женным ядром, для численного решения которого используется алгоритм, основанный на принципе саморегуляризации (гл.1 ).
В табл.8.3 приводятся результаты расчета эквиугольной полосковой спирали из ВТСП по интенсивности излучения £, %, (по полю) в направлении максимального излучения в сравнении с расчетом латунного анало
Таблица 8.3 |
|
|
|
|
га спирали, а также фазовый сдвиг |
|||||||
|
|
|
|
для поле^ этих СГШралей |
А(р |
Спи |
||||||
|
Размеры по |
Интенсивность излучения |
Фазовый сдвиг |
раль имеет параметр кривизны а=0,1 |
||||||||
Частота |
лосковой |
|
Е, % |
|||||||||
|
и длину плеча |
L = 1,6А . Полосковая |
||||||||||
/ГГц |
структуры |
ВТСП |
латунь |
А<р, рад |
||||||||
структура спирали расположена на |
||||||||||||
|
d, я |
|
||||||||||
3 |
0,0032 |
100 |
82 |
0,47 |
диэлектрической |
подложке |
толщи |
|||||
ной |
Н = 0,1А и |
параметром |
£ = 9 |
|||||||||
0,0016 |
85 |
80 |
1,4 |
|||||||||
|
||||||||||||
ю |
0,0032 |
95 |
81 |
0,5 |
.Указанные характеристики спиралей |
|||||||
0,0016 |
82 |
80 |
2,0 |
исследуются |
для |
частот |
3 |
|
ГГц и |
|||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
10 |
ГГц в зависимости |
от |
размера |
d, А , полосковой структуры. Сравнение исследуемых характеристик показывает их существенное различие для спиралей из ВТСП и их латунных аналогов, которое тем больше, чем меньше размер d и больше различие величин Rc и Rs . Разность фаз Д(р указывает на возможность создания антенных систем с фазовой манипу ляцией на основе перехода полосковых структур из сверхпроводящего в нормальное (проводящее) состояние и обратно.
Плоский спиральный излучатель из ВТСП в составе ФАР. Плоские спиральные излучатели исполь зуются при построении больших АР вращающейся поляризации, использующих полосковую технологию, ко торые исследуются, обычно, на модели ФАР (гл.7). Представляет интерес исследование характеристик спи ральных излучателей из ВТСП в составе ФАР, т.е. в условиях взаимной связи. Описанием математической модели спирального излучателя в составе ФАР является интегральное уравнение для полного тока спирали которое имеет вид:
Г 7(/0 )[£ (/,/0 ) + 2Zc /PF0 sin | / - / 0 I}//0 -- iln d C — sin(/) + C, sin/ + C2 cos/, |
( 8.20) |
|
- L |
W ° |
|
где K (IJ Q) — невозмущенное ядро уравнения.
100
Микрополосковые антенны из ВТСП
Интегральное уравнение (8.20) является интегральным уравнением Фредгольма первого рода с нагру женным ядром. Для его численного решения используется алгоритм, разработанный в гл.З, который основан на принципе саморегуляризации.
В табл. 8.4 приведены результаты расчета усиления G спирального излучателя в виде эквиугольной спи
рали из ВТСП в составе ФАР в сравнении с латунным аналогом спирали на частотах 3 ГГц и 10 ГГц. Спираль имеет параметр кривизны а=0,1 и длину плеча L = 1,6А . Полосковая структура спирали расположена на ди электрической подложке толщиной Н = 0,1А и проницаемостью ех= 9 с экраном. Исследуется зависимость
усиления спирального элемента ФАР для составляющей поля Ев в зависимости от размера d(X) полосковой |
||||||
структуры. |
|
Таблица 8.4 |
|
|
|
|
Из табл.8.4, следует, что значение |
|
|
|
|||
Частота/ |
Размер спирали |
Усиление G, дБ |
||||
усиления бпоказывает существенную за |
||||||
ГГц |
d, Я |
ВТСП |
латунь |
|||
висимость его от размера d спирали и от |
||||||
|
0,01 |
5,43 |
4,69 |
|||
поверхностного |
сопротивления полоско |
10 |
||||
0,0016 |
4,85 |
1,94 |
||||
вого проводника |
RC(RS). Величина уси |
|
||||
|
0,01 |
6,82 |
6,42 |
|||
ления с ростом частоты/ в данном диапа |
3 |
|||||
0,0016 |
5,03 |
2,01 |
||||
зоне СВЧ уменьшается и будет тем мень |
|
|||||
|
|
|
|
ше, чем больше длина спирального проводника L и чем меньше размер d. Различие величины G для спираль
ного элемента ФАР из ВТСП и его латунного аналога может достигать 3 дБ и, как следствие взаимной связи в решетке, является более значительным, чем для одиночного спирального излучателя.
8.6. Основные результаты и выводы Предложенный метод численного анализа полосковых антенных структур учитывает малые дисси
пативные потери в СВЧ-диапазоне. Метод представляет развитие методов анализа полосковых антенн, рассмотренных в гл. 2, 3 и 4, и основан на численном решении интегральных уравнений первого рода с нагруженными ядрами, учитывающих свойства поверхностного импеданса полосковых проводников.
Указанный метод используется для расчета антенных структур из ВТСП, ориентированных на микрополосковую технологию, и сравнения их с проводниковыми аналогами в диапазоне СВЧ, для которого характерно существенное различие величин поверхностного импеданса, определяющего диссипативные потери а антеннах. Метод позволяет получить зависимость усиления антенны от топологии ее полоско вой структуры (геометрия, длина и поперечный размер узкой полосковой структуры) и свойств провод ника (ВТСП), характеризуемых поверхностным импедансом.
Результатом численного исследования является преимущество использования полосковых структур из ВТСП для умеренно сверхнаправленных вибраторных антенн, антенн с протяженными полосковыми структурами, рассмотренных на примерах спиральных антенн, и полосковых элементов в составе ФАР в диапазоне частот от 3 до 10 ГГц по величине усиления.
101
Литература
1.Антенны и устройства СВЧ (Проектирование фазированных антенных решеток). Учебное пособие для вузов/Под ред. Д. И. Воскресенского — М.: Радио и связь, 1994.
2.Панченко Б. А., Нефедов Е. И. Микрополосковые антены. — М.: Радио и связь, 1986.
3.Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн. — М.: Наука, 1978.
4.Белоцерковский С. М., Лифанов И. К. Численные методы сингулярных интегральных уравнений. — М.: Наука, 1985.
5.Дмитриев В. И., Захаров Е. В. Интегральные уравнения в краевых задачах электродинамики. — М.: МГУ, 1987.
6.Морс Ф. М., Фешбах Г Методы теоретической физики. — М.: ИЛ, 1960, т.1, 2.
7.Вычислительные методы в электродинамике./Под ред. Р. М. Митры. — М.: Мир, 1977.
8.Чебышев В. В. Алгоритм расчета полоскового вибратора в слоисто однородной среде.//Изв. вузов. Радиоэлектроника. — т. 24, № 9, 1981, с. 3-10.
9.Чебышев В. В., Маркун Н. С. Расчет спирального печатного излучателя. //Сб. Антенны. — М.: Радио и связь, т. 31, № 2, 1988, с. 29-33.
10.Градштейн И. С., Рыжик И. М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. — М.: Физматгиз, 1963.
11.Самохин А. Б., Самохина А. С. Численные методы и программирование на Фортране для персонального компьютера. — М.: Радио и связь, 1966.
12.Федорюк М. В. Метод перевала. — М.: Наука, 1977.
13.Марков Г Т., Сазонов Д. М. Антенны. — М.: Энергия, 1975.
14. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств. /Под ред. В. И. Вольмана. — М.: Радио и связь, 1982.
15.Фелзен Л., Маркувиц Н. Излучение и рассеяние волн. — М.: Мир, 1978, т. 1,2.
16.Сазонов Д. Н Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988.
17.Амишей Н., Галиндо В., By Ч. Теория и анализ фазированных решеток. — М.: Мир, 1974.
18.Фихтенголъц Г М. Основы математического анализа. — М.: Физматгиз, 1967, т. 1,2.
19.Antenna Handbook, vol 1, 2, 3, 4, edited by J.F. Lo/S.W.Lee. — Chaptam & Hall, 1993.
20. Ильинский А. С, Репин В. M. О методе интегрального уравнения в задаче дифракции на периодических структурах. //
Выч. методы и программирование. — М.: МГУ, 1975, вып. 24.
21.Т. Ван. Дузер. Физические основы сверхпроводниковых устройств и цепей. — М.: Радио и связь, 1984.
22.Вайнштейн Л. А., Журав С. М. Сильный скин-эффект на краях тонких металлических пластин. // ПисьмаЖТФ. — М.,
1986, т. 12, вып. 12.
23.Лаврентьев М. А., Шабат Б. В. Методы теории функций комплексного переменного. — М.: Наука, 1987.
24.Менде Ф. Ф., Спицын Л. К. Поверхностный инпеданс сверхпроводников. — Киев, Наукова думка, 1985.
102