CC BY
56
20 декабря 2011 г. 12:04
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Исследование микрополосковых спиральных антенн при работе с наносекундными импульсами
Проведено моделирование логарифмической спиральной антенны на многослойной подложке в широком частотном диапазоне и исследованы ее свойства при работе с гармоническими сигналами и видеоимпульсами гауссовой формы наносекундной длительности. Разработанная специализированная программа и ее интерфейс позволяют проводил» анализ попей излучения для импульсов различной формы, как отдельных излучателей, так и антенных решеток на их основе.
Будагян И.Ф.,
д.ф.-м.н., профессор, МИРЭА, кафедра КПРЭС, [email protected]
Максимов МА,
студент 2-го курса магистратуры факультета РТС, МИРЭА, кафедра КПРЭС,
"Max Makeev" maxim [email protected]
Чебышев В.В.,
д.т.н., проф., зав кафедрой “Техническая электродинамика и анте-тенны" МТУ СИ,
Плоские ми кро полосковые спиральные антенны но многослойной подложке (рис 1,а) используются в диапазоне частот от 0,2 до 18 ГГц. Для частот более 2 ГГц их изготавливают по технологии гибридных интегральных схем СВЧ, что позволяет миниотюризировать антенны и унифицировать их основные узлы Достоинствами микрополосковых спиралей и антенных решеток на них являются: малые габариты и масса; небольшая стоимость при высокой точности изготовления и воспроизведен^ характеристик [ 1 ].
В роботе рассмотрен одиночный излучатель в виде логарифмической спирали (рис.1,6), антенные решетки, состоящие из излучателей такого типа, рассмотрены в роботе [2]. Геометрия ветвей двух-заходной логарифмической спирали описывается следующим соотношением:
г,(ф) = Ле\р(лф):г2(ф)=/>е\р(0ф+ тс)
(1)
Максимальный радиус предполагаемой спирали для возможности использования в антенной решетке должен удовлетворять неравенству
(2)
-'С
Z = ReZ+/ImZ
в диапазоне ч ост от от 1 до 20 ГГц где — минимальная длина волны спектра, d1 — росстояние между излучателями в антенной решетке, d — полуширина полоскового проводника антенны, — максимальная длина волны спектра.
Моделирование проводилось для логарифмической спирали с параметрами: а = 0,01, Ь = 0,8, с/=0,01, где все значения нормированы к волновому числу к на нижней частоте диапазона; N = 34 — количество шагов на которые разбивоется длина спирали. Были найдены параметры топологии антенны, и методом параметрического синтеза получены значения для высот и диэлектрических проницаемостей 1 -го, 2-го, 3-го слоев логарифмической спирали, а также комплексного сопротивления экрана спирали, обеспечивающие необходимую ширину спектральной характеристики антенны. Параметры одиночного излучателя в виде логарифмической спирали (рис.1,а): Н = 0,0045; Н, = 0,004, Н2 = 0,0041; £, = (4,0*Д,0); е2 = (5,0 ♦ ДО); Е3 = (1,0+ДО); 1= (70,0+/70,0), Ом — комплексное сопротивление экрана.
На основе разработанной специализированной программы, наглядно отображающей спектральную характеристику и диаграмму направленности одиночного излучателя по результатам моделирования на разных частотах, были получены графические зависимости /^6, /), представленные на рис. 2. Эта же программа позволяет проводить исследования и антенной решетки [2]. Рис. 2,6 иллюстрирует также используемый программный интерфейс.
Анализ объемных диаграмм направленности (ДН) исследуемой микрополос ко вой спирали во всем частотном диапазоне, в том числе на выбранных дискретных чостотах: Ы1,10,20 ГГц (рис .3-5), показал, что ДН имеет провал в центре на низшей частоте диапазона (рис 3), тогда кок в остальной его части она юлеет обычный характерный вид (рис 2, 3).
Наибольший интерес представляет изучение возможности работы многослойной микрополосковой спиральной антенны с наносекундными сигналами В качестве их использован видеоимпульс гауссовой формы (рис. 6), обычно обеспечивающий наименьшие искажения при излучении, эффективной длительностью Т * 0,5 НС
(3)
— Е,.я
*(/) =ехр(-ЯГ ) со спектральной плотностью
£(<о) = 2ехр(-я/:)
(4)
а)
б)
Рис. 1. Мисрополосковся спиральная акте»*«: а) вид в разрезе; 6) фронтальное изображав
Здесь 5(0 — функция плотности распределения Гаусса; 5(со) — нормированная к длительности импульса плотность; і — время, выраженное в не, (0 — круговая частота; частота излучения, выраженная в ГГц
28
T-Comm, #8-2011
