Печатные излучатели (стр. 3 из 3)

Возбуждение излучателя на двух частотах можно осуществить независимо с помощью двух штырей, расположенных на продольной и поперечной осях симметрии пластинки. Каждый из штырей (рис. 7.9) возбуждает лишь один тип колебаний на одной из частот. Пары торцевых щелей, излучающие энергию резонансных колебаний, расположены взаимно перпендикуляр но. Поэтому плоскости поляризации поля излучения на рабочих частотах образуют угол 90°.

Значение каждой из резонансных частот f_1,2 так же, как и в одночастотном режиме, зависит от одного из размеров пластинки и практически не зависит от другого. Отношение резонансных частот определяется отношением размеров сторон пластинки: f₁/f₂=a/b. Если разность резонансных частот

превышает рабочую полосу частот каждого из каналов, то входное сопротивление в этой полосе и ДН можно найти по методике расчета одночастотного излучателя.

На практике интерес представляет двухчастотный одноканальный печатный излучатель, возбуждаемый одним штырем. Сигналы с частотами f₁ , f₂ разделяются в цепях СВЧ, связанных с излучателем. Такая конструкция отличается простотой. Двух частотный режим работы обеспечивается смещением штыря с оси симметрии пластины (см. рис. 7.1). Штырь возбуждает два низших типа колебаний (см. рис. 7.4).

Если рабочие частоты разнесены по частотной оси достаточно далеко друг от друга, то на каждой из них одно из сопротивлений Z₁ или Z₂ существенно меньше другого, как сопротивление параллельного контура при сильной расстройке, а входное сопротивление двухчастотного излучателя практически равно входному сопротивлению одночастотного излучателя на соответствующей резонансной частоте. Штырь надо располагать так, чтобы значения входных сопротивлений на каждой из рабочих частот были одинаковыми.

Двухканальный излучатель рассчитывают по методике расчета одноканального одночастотного излучателя с линейной поляризацией поля излучения.

ПРЯМОУГОЛЬНЫЙ ПЕЧАТНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ РАДИОВОЛН С КРУГОВОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ

Печатный излучатель с круговой поляризацией может быть двух- и одноканальным. Конструкция двухканального излучателя такая же, как двухчастотного, возбуждаемого двумя штыря ми (см. рис. 7.9). Каждый из каналов при излучении волн круговой поляризации настраивают на одну частоту f₀- Для создания круговой поляризации волн каналы излучателя должны иметь одинаковые амплитуды и разность фаз (равную 90°). Такое возбуждение обеспечивает, например, тройник, электрическая длина одного из плеч которого отличается от другого плеча на l/4. При малой толщине подложки взаимная связь между каналами невелика и рассчитать характеристики каждого из каналов можно по методике расчета одноканального излучателя с линейной поляризацией поля излучения (см. § 7.5).

Для выполнения одноканального излучателя возбуждающий штырь располагают вне осей симметрии, что позволяет одновременно возбуждать два низших типа колебаний, соответствующих возбуждению квази-T-волн, распространяющихся вдоль осей симметрии пластинки. Для реализации круговой поляризации поля излучения необходимо обеспечить равенство амплитуд указанных колебаний и фазовый сдвиг, равный 90°. При расчете пользуются эквивалентной схемой, приведенной на рис. 7.4. Для создания необходимого фазового сдвига излучатель расстраивают по каждому типу колебаний так, чтобы фазовый сдвиг между напряжениями на нагруженных отрезках с сопротивлениями Z_1,2 (см. рис. 7.4,б) имел заданное значение. Расстройку осуществляют путем изменения размеров пластинки относительно резонансных (один из размеров увеличивают, а другой - уменьшают). Равенство амплитуд колебаний обеспечивается вы бором положения штыря под пластинкой. Требуемое направление вращения плоскости поляризации поля излучения зависит от выбора увеличиваемого (или уменьшаемого) размера при настройке излучателя. Если, например, увеличивается размер а, то реактивная составляющая сопротивления Z₁ имеет емкостный характер, a Z₂ - индуктивный. Напряжение U_z1 опережает U_z2 на 90°. Поляризация излучаемой волны - правая. Если увеличен размер b, то направление вращения плоскости поляризации меняется на противоположное. Изменить направления вращения плоскости поляризации можно симметричным перемещением штыря (рис. 7.10), при котором фаза одного из колебаний меняется на 180°.

Расчет излучателя включает несколько этапов. На первом этапе определяют резонансные размеры пластинки. Пластинка одиночного излучателя с резонансными размерами имеет форму квадрата, а в решетке - форму прямоугольника, размеры сторон которого зависят от соотношения шагов решетки. На втором этапе при некотором фиксированном положении штыря, например на одной из диагоналей пластинки, находят размеры сторон пластинки, обеспечивающие необходимые фазовые соотношения между напряжениями U_z1,2 (см. рис. 7.4,б). Фазы каждого из напряжений изменяются практически независимо за счет изменения размера соответствующей стороны пластинки. Размеры сторон подбираются так, чтобы фазы напряжений U_z1,2 в эквивалентной цепи, схема которой дана на рис. 7.4, б, отличались на ±45° от фазы тока. Равенство модулей указанных напряжений достигается подбором положения штыря под пластинкой. Выбор положения штыря должен обеспечивать также согласование излучателя с линией передачи. Поэтому при определении положения штыря рассчитывают не только фазы напряжений U_z1,2, но и входное сопротивление излучателя.

На последнем этапе определяют ДН излучателя и другие характеристики.

ШИРОКОПОЛОСНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ

Рабочая полоса частот может быть расширена за счет использования встроенных в излучатель согласующихся элементов. В печатном излучателе с широкополосным согласующим устройством штырь через отверстие в пластинке соединен с разомкнутым шлейфом (рис. 7.11), образованным пластинкой излучателя и прямолинейным плоским проводником, параллельным пластинке. Между пластинкой и ленточным проводником может находиться диэлектрическая подложка. Длина шлейфа на центральной частоте равна l_ш/4, где l_ш - длина волны в отрезке полосковой линии, образующем шлейф. На частоте f₀ входное сопротивление разомкнутого шлейфа равно нулю, а входное сопротивление излучателя остается таким же, как у излучателя без согласующего устройства. При изменении частоты относительно f₀ реактивные составляющие сопротивлений шлейфа и излучателя становятся не равными нулю, но знаки их противоположны. При определенном выборе волнового сопротивления шлейфа можно обеспечить существенное уменьшение диапазона изменения реактивной составляющей входного сопротивления соединения излучателя и согласующего устройства по сравнению с диапазоном излучателя без шлейфа.

Положение штыря под пластинкой выбирают так, чтобы на резонансной частоте значение КБВ было равно допустимому. В этом случае резонансное сопротивление излучателя должно удовлетворять условию

(7.27)

Если функции

соответственно четная и нечетная относительно переменной (f—f₀), то граница полосы согласования определяется условием

(7.28)

Здесь Z_Ш - входное сопротивление шлейфа:

(7.29)

f_1,2 - граничные частоты полосы согласования; X(f₁)»X(f₂); W_Ш - волновое сопротивление шлейфа; l_Ш — длина шлейфа; l_Ш — длина волны в полосковой линии, отрезок которой образует шлейф.

Вблизи резонансной частоты

(7.30)

где

;

(7.31)

- волновое сопротивление шлейфа, компенсирующее реактив нулю составляющую входного сопротивления излучателя в рабочей полосе частот [см. (7.28), (7.30)]. Более точное значение W_Ш можно получить при использовании (7.29) вместо (7.30).