Исследование и разработка малогабаритных низкопрофильных излучателей для приемопередающей аппаратуры УКВ диапазона

• Автор: Мальцев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Содержание

Введение
Глава 1. Математический аппарат решения задач электромагнитного возбуждения излучающих структур
1.1 Уравнения Максвелла для решения задач возбуждения
1.2 Решение уравнений Максвелла для плоскослоистой
структуры
1.3 Разложение функции Грина по волнам типа ЬЕ,ЬМ
1.4 Задача возбуждения плоского излучателя при наличии
слоистого диэлектрика
1.5 Полосковые излучатели на подвешенных подложках
1.6 Спектральное представление поля излучения
Выводы по главе
Глава 2. Анализ конструктивных вариантов микрополосковых излучателей для систем радиосвязи
2.1 Характеристика базовых структур
2.2 Одночастотные и двухчастотные излучающие устройства
Выводы по главе
Глава 3. Способы увеличения полосы рабочих частот
3.1 Плоский излучающий элемент с пассивными пластинами
3.2 Плоские излучатели со щелями сложной формы
3.3 Плоские излучатели теск-тиш
3.4 Использование пространственных переходов
3.5 Применение излучателей с воздушной подложкой
Выводы по главе
Глава 4. Исследование взаимного влияния элементов антенной решетки

4.1 Характеристики антенной решетки с учетом взаимного
влияния излучателей
4.2 Взаимное влияние в плоской и кольцевой антенных
решетках на основе излучателя с И-щелью
4.3 Взаимное влияние плоской и кольцевой антенных решеток
на основе излучателя с короткозамыкателем
Выводы по главе
Заключение
Библиографический список

Актуальность темы. Усложнение радиоэлектронной аппаратуры телекоммуникационных систем, включая системы связи специального назначения, требования ее комплексной миниатюризации выдвигают на первый план проблему миниатюризации антенн, поскольку во многих случаях проблема миниатюризации приемо-передающей аппаратуры уже решена.
Наиболее перспективными в этом направлении являются антенны в микрополосковом исполнении, при изготовлении которых используется технология пленочных гибридных интегральных схем СВЧ-диапазона. Так могут быть выполнены практически все элементы антенн, линии передачи и устройства СВЧ.
Таким образом, при проектировании антенн и устройств СВЧ можно говорить о новой элементной базе, для которой разработка методов расчета и проектирования микрополосковых антенн (МПА) является совершенно необходимой.
Задача разработки методов и математических моделей для электродинамического описания малогабаритных излучающих структур, в частности, полосковых, микрополосковых, наиболее широко освещена в одной из первых отечественных монографий, в работе Панченко Б.А. и Нефедова Е.И. «Микрополосковые антенны». Большой вклад в развитие теории и техники антенн и антенных решеток, в частности, полосковых, внесли чл.-корр. РАН Бахрах Л.Д., проф. Чаплин А.Ф., проф. Сазонов Д.М., проф. Панченко Б.А., проф. Нефедов Е.И. и др.
В настоящее время область применения полосковых излучающих структур заметно расширилась, вместе с тем используется все больше разновидностей практических конструкций малогабаритных антенн. Микрополосковые излучатели как самостоятельные МПА и как элементы фазированных антенных решеток (ФАР) имеют большое разнообразие и отличаются по принципу работы, конструктивной реализации, характеристикам излучения, наличию гибридных соединений с другими устройствами интегральных схем СВЧ-диапазона. Широкий диапазон частот (0,2-18 ГГц), в

Микрополосковый излучатель на диэлектрической подложке с воздушным зазором является источником как пространственных, так и поверхностных волн. При их проектировании практический интерес представляют диаграммы направленности обоих типов волн: первые являются основной их характеристикой как излучателя, а вторые позволяют оценить взаимные связи между излучателями, что особенно важно при создании ФАР. Представление функции Грина в виде разложения по волнам LE, LM позволяет разделить вклад в сопротивление излучения пространственных и поверхностных волн, возбуждаемых в структуре, что дает возможность в явной форме записать выражения для диаграмм направленности.
Традиционный способ определения диаграмм направленности - расчет полей по известному току на поверхности излучателя при наличии диэлектрических подложек - представляет довольно трудоемкую задачу, особенно для двумерных излучателей с векторным характером распределения тока. Активные составляющие сопротивления излучателя характеризуют излучаемую мощность и могут интерпретироваться как результат интегрирования вектора Умова-Пойнтинга в дальней зоне. Учитывая квазиплоский характер волн на большом удалении от источников, можно выделить компоненты электромагнитного поля и их зависимости от угловых координат, заменяя переменные на плоскости волновых чисел: £ = Ад sin б? cos Л = ко cos 6 cos ср для пространственных волн, £ = к0 cos, // = kQ sin Ф для поверхностных волн. Здесь в и ср - углы места и азимута в сферической системе координат; Ф - азимутальный угол в цилиндрической системе координат.
Выделив в (1.81) и (1.82) вещественные части, для вычисления активных частей сопротивления по пространственным и поверхностным волнам получим следующие выражения: