книги / Микрополосковые антенны и решетки в слоистых средах

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

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:

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

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