Мобильный офис с антенной решеткой стандарта GSM-900 (стр. 11 из 19)
Особенности построения Фар. Возбуждение излучателей ФАР (рис. 3.2.) производится либо при помощи фидерных линий, либо посредством свободно распространяющихся волн (в т. н. квазиоптических ФАР), фидерные тракты возбуждения наряду с фазовращателями иногда содержат сложные электрические устройства (т. н. диаграммообразующие схемы), обеспечивающие возбуждение всех излучателей от нескольких входов, что позволяет создать в пространстве соответствующие этим входам одновременно сканирующие лучи (в многолучевых ФАР).
Рис. 3.2 Возбуждение излучателей ФАР
Квазиоптические ФАР в основном бывают двух типов: проходные (линзовые), в которых фазовращатели и основные излучатели возбуждаются (при помощи вспомогательных излучателей) волнами, распространяющимися от общего облучателя, и отражательные - основной и вспомогательные излучатели совмещены, а на выходах фазовращателей установлены отражатели. Многолучевые квазиоптические ФАР содержат несколько облучателей, каждому из которых соответствует свой луч в пространстве. Иногда в ФАР для формирования ДН применяют фокусирующие устройства (зеркала, линзы). Рассмотренные выше ФАР иногда называются пассивными.
В результате непосредственного взаимодействия излучателей между собой характеристики ФАР (согласование излучателей с возбуждающими фидерами, КНД и др.) при качании луча изменяются. Для борьбы с вредными последствиями взаимного влияния излучателей в ФАР иногда применяют специальные методы компенсации взаимной связи между элементами.
Перспективы развития Фар. К наиболее важным направлениям дальнейшего развития теории и техники ФАР относятся: 1) широкое внедрение в радиотехнические устройства ФАР с большим числом элементов, разработка элементов новых типов, в частности для активных ФАР; 2) развитие методов построения ФАР с большими размерами раскрывов, в том числе неэквидистантных ФАР с остронаправленными антеннами, расположенными в пределах целого полушария Земли (глобальный радиотелескоп), 3) дальнейшая разработка методов и технических средств ослабления вредных влияний взаимной связи между элементами ФАР; 4) развитие теории синтеза и методов машинного проектирования ФАР; 5) разработка теории и внедрение в практику новых методов обработки информации, принятой элементами ФАР, и использования этой информации для управления ФАР, в частности для автоматического фазирования элементов (самофазирующиеся ФАР) и изменения формы ДН, например понижения уровня боковых лепестков в направлениях на источники помех (адаптивные ФАР); 6) разработка методов управления независимым движением отдельных лучей в многолучевых ФАР.
3.2 Анализ задания на проектирование
Исходные данные:
· Диапазон частот
· Поляризация линейная вертикальная
· Коэффициент усиления
· Уровень боковых лепестков
(равноамплитудное распределение)· Волновое сопротивление 50 Ом
· Мощность передатчика в импульсе
· КСВ £ 2
Еще на стадии знакомства с дипломным заданием мы уже можем предположить возможную конструкцию проектируемой антенны. В качестве элементарных излучателей примем прямоугольные полосковые излучатели, так как полосковая структура позволяет изготовить антенну с заданными параметрами и наименьшими геометрическими размерами, что актуально, учитывая облать применения данной антенны. Ведь она должна быть мобильной. Также ППИ обеспечивает необходимую линейную вертикальную поляризацию излучения, что достигается подачей питания к излучателям в соответствующей плоскости.
Схему питания АР примем последовательно-параллельной, так как данная схема предельно проста, а при изменении рабочей частоты набег фазовой ошибки в линии питания проиходит с обеих сторон от точки питания, что вызывает квадратичные фазовые ошибки, в результате чего максимум ДН не отклоняется от нормали.
Необходимый диапазон рабочих частот обеспечивается выбором диэлектрической подложки, а именно ее диэлектрической проницаемости и толщины. Указанный в задании диапазон рабочих частот достаточно велик, следовательно, диэлектрик нужно брать с наименьшей диэлектрической проницаемостью. Самое простое решение – воздушный диэлектрик.
3.3 Конструктивный расчет АР
3.3.1 Расчет параметров линии передачи
В качестве линии передачи используем микрополосковую линию передачи. Важными достоинствами МПЛ являются широкополосность, малые масса и габариты, высокая технологичность линий и СВЧ устройств, конструируемых на их основе, применение печатного монтажа и возможность автоматизации процесса.
Рис.3.3 Несимметричная полосковая линия передачи
В качестве материала подложки возьмем стеклотекстолит – слоистый прессованный материал, изготовленный из листов стеклоткани (из волокон марки "Э" – электроизоляционного – толщиной 0.1 мм) и пропитанный термореактивным связующим – эпоксидной смолой, отверждаемой смолой новолачного или резольного типа. Листовой стеклотекстолит получают в результате прессования пачки листов стеклоткани, пропитанных связующим и облицованных медной фольгой (типа ФМЭО – оксидированной медной электролитической фольгой – толщиной 35 и 50 мкм; типа ФМЭОШ – оксидированной медной электролитической фольгой повышенной шероховатости 35 … 50 мкм). Для приклейки фольги к диэлектрику используется клей БФ-4, наполненный пылевидным кварцем. Прочность сцепления фольги с диэлектриком 800 … 1000 Н/м.
Материал допускает механическую обработку, выдерживает технологические воздействия при изготовлении полосковых схем, хорошо склеивается с аналогичными диэлектриками и металлами. Допустимая температура пайки 260°С (10 … 15 с). Водопоглощение значительное: 1.5 … 3 % (за 24 ч). Диапазон рабочих температур -60 … +85°С, нагревостойкий стеклотекстолит допускает возможность эксплуатации его при температурах до 180 … 200°С в течении 50 … 100 ч.
Основной недостаток: высокие диэлектрические потери и разброс диэлектрической проницаемости от партии к партии, что определило ограниченную область применения стеклотекстолита на СВЧ (в основном в качестве несущей конструкции полосковых линий с воздушным заполнением).
Но не смотря на все недостатки, которые напрямую относятся к изготавливаемому макету, стеклотекстолит является наиболее доступным материалом и позволяет достичь требуемых параметров.
Стеклотекстолит имеет следующие параметры:
- Диэлектрическая проницаемость er = 6
- Тангенс угла диэлектрических потерь
- Толщина подложки h=10-3 м
- Толщина полоска t=3*10-5 м
Один из основных недостатков плоских МПА является их узкополосность. Ограничение полосы происходит из-за резкого рассоглосования антенны уже при незначительных расстройках частоты от резонанса. Для расширения рабочей полосы частот воспользуемся высокодобротными излучателями у которых диэлектрическая подложка занимает лишь часть поперечного сечения структуры. На рисунке 3.4 показана структура испольуемая в макетном образце, МПВ над подложкой.
Рис. 3.4 МПВ над подложкой
Данная структура представляет собой конденсатор, следовательно для расчета эквивалентной диэлектрической проницаемости воспользуемся следующими соотношениями:
(3.1)где: С – ескость конденсатора, образованного экраном и МПВ
e0 = 8.85*10-12 Ф/м – абсолютная диэлектрическая проницаемость
S – площадь излучающей поверхности антенны
(3.2)значение d1 выбрано по графикам [6, стр.132-133], из условия, что
Учитывая это получаем:
3.3.2 Расчет параметров одиночного излучателя
В качестве излучателя возьмем прямоугольный полосковый резонатор
Рис. 3.5 Прямоугольный полосковый излучатель.
Диэлектрическая проницаемость:
