Исследование характеристик широкополосных щелевых антенн с помощью функции Бесселя | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №5 (16) май 2010 г.

Статья просмотрена: 170 раз

Библиографическое описание:

Гончаров В. А. Исследование характеристик широкополосных щелевых антенн с помощью функции Бесселя // Молодой ученый. — 2010. — №5. Т.1. — С. 46-47. — URL https://moluch.ru/archive/16/1512/ (дата обращения: 21.09.2018).

Проведены исследования направленных свойств широкополосных антенн типа Вивальди. Разработана методика, оптимальным образом совмещающая простые математические модели и результаты измерений характеристик реальных антенн.

 

Актуальность задачи исследования характеристик полосковых антенн с целью их оптимизации не вызывает сомнений. В технике СВЧ существует большое разнообразие конструкций широкополосных антенн. Однако, наиболее распространенным типом являются излучатели бегущей волны, которые конструктивно представляют открытый конец экспоненциально расширяющейся линии передачи. В литературе, например в статье [1], такие приборы называются антеннами Вивальди. Основной характеристикой любой антенны является диаграмма направленности. Несмотря на широкоугольность направленных свойств антенны Вивальди излучают электромагнитные волны с линейной поляризацией.

Аттестация отдельных антенн, как правило, проводится по результатам измерений их диаграмм направленности. Кроме того, для параметров широкополосных излучателей имеет место сложная частотная зависимость. Это в свою очередь требует увеличения и без того огромного объема измерений. Для этого требуются специальные средства, которые позволят резко сократить необходимый объем измерений. Моделирование реальных антенн должно решать такого типа проблемы. Однако, строгий электродинамический расчет необходимых для разработчика параметров с высокой точностью обычно требует больших затрат машинного времени. Поэтому несомненный практический интерес представляет совмещение простых математических моделей и результатов измерений отдельных характеристик реальной антенны. В настоящее время количество таких моделей весьма ограничено.

Теоретически, в качестве модели поверяемой антенны можно выбрать изотропный излучатель. Практически же, диаграмма направленности реальной антенны слабонаправленная. В инженерных расчетах ширину диаграммы направленности излучателя, как правило, задают по уровню половинной мощности. Тогда диаграмму направленности излучающего элемента можно аппроксимировать функцией Бесселя первого рода нулевого порядка по найденной эмпирически формуле

,                                               (1)

где a, b – корректирующие коэффициенты, a = b = 0,761; θ, φ – углы уклонения от нормали; Δθ – ширина диаграммы направленности в H-плоскости, Δθ = 60°; Δφ – ширина диаграммы направленности в E-плоскости, Δφ = 60°.

Аналогичные зависимости широко используются при аналитическом описании направленных свойств антенных систем. Возникающие при этом погрешности не должны превышать 10%. Для подтверждения достоверности расчетной модели (1) можно воспользоваться полученными в работе [4] результатами измерения диаграммы направленности излучателя в свободном пространстве. Экспериментальные исследования характеристик изолированного излучателя проводились в безэховой экранированной камере методом сравнения с эталонным рупором. По результатам измерений антенн в двух ортогональных плоскостях была установлена зависимость нормированной к максимальному уровню амплитуды излучаемого поля от углов уклонения. В H-плоскости при ширине диаграммы направленности по уровню половинной мощности 60° наблюдались такие результаты: F(40°, 0°) = 0,85, F(80°, 0°) =   = 0,56, F(160°, 0°) = 0,02. В E-плоскости были получены следующие результаты: F(0°, 40°) = 0,89, F(0°, 80°) = 0,51, F(0°, 160°) = 0,02.

Рис. 1. Диаграмма направленности, аппроксимированная функцией Бесселя

 

Электродинамическое моделирование рассмотренных в [4] полосковых антенн проводилось в прикладном пакете Mathsoft MathCAD. За основу модели щелевой антенны взята аппроксимация (1). По результатам моделирования в трехмерном виде была построена показанная на рис. 1 диаграмма направленности такой антенны. В H-плоскости расчетные даны по распределению поля в дальней зоне имеют следующий вид: F(40°, 0°) = 0,87, F(80°, 0°) = 0,54, F(160°, 0°) = 0,02. Приведем также количественные выборки для диаграммы направленности в E-плоскости: F(0°, 40°) = 0,87, F(0°, 80°) = 0,54, F(0°, 160°) = 0,02. Сравнивая расчетные и эксперимен-тальные данные можно сказать, что аппроксимация (1) достаточно точно описывает диаграмму направленности реальной антенны. Изменяя выражение (1) с помощью методов оптимизации [2, 3] можно повысить точность моделирования конкретной антенны.

С учетом всего вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Наиболее рациональным подходом к проектированию широкополосных щелевых антенн является оптимальное сочетание измерений и расчетов. Использование простых математических моделей дает выигрыш по времени, которое необходимо для проведения исследования поля антенны в дальней зоне. При моделировании волновых процессов выгоднее работать со стандартными функциями, например с функцией Бесселя первого рода нулевого порядка. Анализ полученных в НИР [4] результатов измерений характеристик антенны Вивальди показал, что построенная в данной работе модель достаточно точно описывает диаграмму направленности реального излучателя.

 

Литература:

1.       Альхарири М. Двухсторонний широкополосный излучатель Вивальди. – М.: Антенны, 2006, №8, с. 44

2.       Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток. М.: Мир, 1974.

3.       Гостюхин В.Л., Гринева К.И., Трусов В.Н. Вопросы проектирования активных ФАР с использованием ЭВМ / Под ред. В.Л. Гостюхина. – М.: Радио и связь. 1983. – 248 с.

4.       Казанцев Г. В. Исследование возможности построения активных многолучевых антенных решеток для широкополосных малогабаритных цифровых приемо-передающих устройств // Отчет по научно-исследовательской экспериментальной работе. – М.: ЦНИРТИ. 1996.

 

Основные термины (генерируются автоматически): диаграмма направленности, реальная антенна, ширина диаграммы направленности, антенна, дальняя зона, нулевой порядок, половинная мощность, результат измерений, угол уклонения, модель.


Похожие статьи

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной...

Диаграмма направленности. Обязательной составной частью любой радиотехнической системы является антенное устройство. При помощи антенны обеспечивается прием и передача полезных электромагнитных волн...

Расчёт Н-секториальной рупорной антенны с разными видами...

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Разработка дипольной антенны | Статья в журнале...

Диаграмма направленности дипольной антенны.

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Алгоритм UCA Root Rare для задач пеленгования источников...

Интегрируя пространственную гармонику по всей апертуре решётки, мы можем вычислить нормированную диаграмму направленности в дальней зоне , которая для заданной апертуры для фазовой моды имеет вид [6]: , (4).

Максимизация направленности фазированных антенных...

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Сравнительный анализ алгоритмов формирования диаграмм...

График величины подавления диаграммы направленности с угла прихода полезного сигнала: Рис.2. Результаты исследований представлены на рисунках 2,3,4,5.

Выбор оптимальных технических параметров передающей...

- Географические координаты места установки антенной опоры

– излучаемая мощность передающей станции, дБкВт

Препятствия в виде сферы или клина характеризуются высотой и шириной (рисунок 1), по которым рассчитывается параметр.

Интерполяция матрицы рассеяния антенны бегущей волны

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Оптимизация режима поперечного излучения диэлектрической...

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности. Продольно-поперечный изгиб стержней переменного поперечного сечения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной...

Диаграмма направленности. Обязательной составной частью любой радиотехнической системы является антенное устройство. При помощи антенны обеспечивается прием и передача полезных электромагнитных волн...

Расчёт Н-секториальной рупорной антенны с разными видами...

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Разработка дипольной антенны | Статья в журнале...

Диаграмма направленности дипольной антенны.

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Алгоритм UCA Root Rare для задач пеленгования источников...

Интегрируя пространственную гармонику по всей апертуре решётки, мы можем вычислить нормированную диаграмму направленности в дальней зоне , которая для заданной апертуры для фазовой моды имеет вид [6]: , (4).

Максимизация направленности фазированных антенных...

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Сравнительный анализ алгоритмов формирования диаграмм...

График величины подавления диаграммы направленности с угла прихода полезного сигнала: Рис.2. Результаты исследований представлены на рисунках 2,3,4,5.

Выбор оптимальных технических параметров передающей...

- Географические координаты места установки антенной опоры

– излучаемая мощность передающей станции, дБкВт

Препятствия в виде сферы или клина характеризуются высотой и шириной (рисунок 1), по которым рассчитывается параметр.

Интерполяция матрицы рассеяния антенны бегущей волны

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности.

Оптимизация режима поперечного излучения диэлектрической...

Измерение диаграммы направленности двухзеркальной антенны Кассегрена и расчет коэффициента усиления исследуемой антенны по измеренной диаграмме направленности. Продольно-поперечный изгиб стержней переменного поперечного сечения.

Задать вопрос