CC BY
3УДК 1
Листратов С.Е.
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева
РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЯ СУБВОЛНОВОГО МНОГОСЛОЙНОГО ЭЛЕМЕНТА
Аннотация: в данной работе рассмотрели метод улучшения пропускной способности, который сочетает в себе многоуровневый подход с методом субволновых элементов. Показали, что многослойные субволновые элементы демонстрируют превосходные фазовые характеристики по всей полосе пропускания, а именно увеличенный фазовый диапазон и пониженную фазовую ошибку по частоте.
Ключевые слова: Антенная решетка, микрополосковая антенна, отражательная антенная решетка, электромагнитное моделирование, микрополосковый резонатор, бесконечная периодическая структура.
Расчет ячейки ОАР производился в системе автоматизированного проектирования Microwave CST Studio. Использовалась специальная возможность расчетного метода в частотной области, имитирующая расчет бесконечной периодической структуры, состоящей из идентичных элементов. Передняя стенка устанавливается открытой, программа автоматически ставит на нее порт. Задняя стенка задана идеально проводящей и расположена на некотором расстоянии от исследуемой структуры, она выступает в роли экрана. На остальных стенках задаются специальные граничные условия, для расчета единичных ячеек. Следует отметить, что ячейка также может быть рассчитана с использованием расчетного метода во временной области. В таком случае используется метод эквивалентной волноводной ячейки.
Рассмотрим трехслойный квадратный элемент отражательной антенной решетки (ОАР) для линейной поляризации, который представлен на рис.1.
Рис.1 Трехслойная ячейка на основе квадратных элементов
Структура определяется следующими параметрами: длина стороны элемента второго слоя ь, "коэффициент связи" между двумя резонаторами ю=— и толщина подложки б.
На рис.2 показана расчетная зависимость фазы отраженной волны от изменения параметра а при толщине диэлектрика ё=2мм. Из графика видно, что диапазон изменения фазы составляет порядка 450 градусов.
м
а(шш)
Рис. 2 Зависимость фазы отраженной волны при изменении размеров Трехслойный отражательный элемент обеспечивает диапазон регулировки фазы порядка 450°, так же этот элемент позволяет реализовать преобразование в круглую поляризацию, путем изменения одного из его геометрических размеров на величину, увеличивающую измененную фазу на 90° от рассчитанной. На его основе с помощью написанных программ для автоматизации синтеза можно смоделировать отражательную антенную решетку с преобразованием в круговую поляризацию.
ь
Л
5
В данной работе рассмотрели метод улучшения пропускной способности, который сочетает в себе многоуровневый подход с методом субволновых элементов. Показали, что многослойный субволновый элемент демонстрируют превосходные фазовые характеристики по всей полосе пропускания, а именно увеличенный фазовый диапазон и пониженную фазовую ошибку по частоте. Полученный элемент подходит для численного анализа и для расчета ширины полосы пропускания антенной решетки. Предварительные результаты моделирования показывают, что полоса усиления на 1 дБ составляет 19.1%, для отражательной антенной решетки с использованием трехслойного элемента периодичностью 0,7Х. Проанализировав полученные данные можно сделать вывод, что поставленные задачи были достигнуты, антенна работает в необходимом режиме, дает нужное усиление и преобразует поляризацию в круговую. Расчетная полоса частот по уровню снижения КНД на 3дБ синтезированной ОАР составила 12%.
Для автоматизации синтезирования ОАР была написана программа в среде МаНаЪ.
В данной программе реализовано вычисление координат центра каждой ячейки ОАР, запись их в массив, на основе которого производится вычисление необходимого изменения отраженной фазы, после чего из файла считываются характеристики выбранного элемента- геометрический размер переменной и соответствующее изменение фазы. Далее используется функция интерполяции, для сопоставления эталонной фазы и геометрического размера элемента, производится проверка вхождения изменения фазы в разрешающую способность элемента, при выходе за границы доступного изменения фазы производится логический выбор ближайшего граничного значения. После чего выполняется запись полученных данных в файл. Так как проектируется антенна с преобразованием поляризации в круговую, посредством использования симметричного элемента, массив необходимых фаз в одной из ортогональных плоскостей изменяется на 90 градусов, и производится соответствующий расчет для данного геометрического параметра с последующей записью данных в файл.
1. eLibrary.ru
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
