Рассматриваются вопросы расчета и конструирования печатных двухдиапазонных директорных антенн с возбудителями дипольного вида, питаемыми на их удаленных клеммах. В ходе исследований получены новые расчетные соотношения для определения входных импедансов антенн данного семейства, позволяющие связать размеры печатных фрагментов и расстояния между ними с требуемым входным коэффициентом стоячей волны напряжения (КСВН).
Анализ результатов проектирования и экспериментальных исследований показал, что предлагаемые двухдиапазонные директорные антенны характеризуются достаточным для практического применения качеством согласования в каждом из двух несмежных поддиапазонов частот при хорошей форме обеих пространственных диаграмм направленности.
Работа поддержана грантом РФФИ № 20-37-90018, 15 публикациями в рецензируемых журналах, включая одну работу 1-го квартиля и одну работу 3-го квартиля цитатно-аналитической системы “Web of Science”, а также двумя патентами Российской Федерации № 2712798 (2020 год) и № 2743624 (2021 год).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список используемых сокращений ................................................................................................... 7
Введение .............................................................................................................................................. 8
1. ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ДВУХДИАПАЗОННЫХ АНТЕНН ............................................................................................. 11
1.1. Общие сведения ..................................................................................................................... 11
1.2. Двухдиапазонные директорные антенны ............................................................................ 15
1.2.1. Двухдиапазонные директорные антенны с объемными проводниками .............. 15
1.2.2. Печатные двухдиапазонные директорные антенны ............................................... 17
Печатные однодиапазонные прототипы и их общие принципы проектирования ... 17
Печатные версии двухдиапазонных директорных антенн ........................................ 22
1.3. Постановка задачи исследования ......................................................................................... 33
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ДВУХДИАПАЗОННЫХ АНТЕНН НА ОСНОВЕ ТОНКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ДИПОЛЬНОГО ВИДА С КОНЦЕВЫМ ПИТАНИЕМ ................................... 37
2.1. Метод наводимых электродвижущих сил ........................................................................... 37
2.2. Решение внутренней задачи электродинамики тонкого электрического
излучателя дипольного вида при концевом типе возбуждения ...................................... 38
2.3. Характеристики ближнего поля и входного импеданса ИДВКП ..................................... 44
2.4. Решение внешней задачи электродинамики тонкого электрического
излучателя дипольного вида при концевом типе возбуждения ....................................... 54
2.5. Анализ диаграммы направленности двух совместно работающих ИДВКП
как возбудителя для двухдиапазонной антенны ............................................................... 58
2.6. Анализ диаграммы направленности директорной антенны
с возбудителем из двух ИДВКП ......................................................................................... 69
Выводы по разделу 2 ........................................................................................................................ 74
3. МЕТОДИКА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ЭСКИЗНОЙ МОДЕЛИ
ТОНКОПРОВОЛОЧНОГО ВОЗБУДИТЕЛЯ ДВУХДИАПАЗОННОЙ АНТЕННЫ .................. 75
3.1. Формулировка задачи двухдиапазонной работы по согласованию ................................. 75
3.2. Методика синтеза возбудителя двухдиапазонной антенны ............................................... 81
Выводы по разделу 3 ........................................................................................................................ 86
4. ОПТИМИЗАЦИЯ ТОНКОПРОВОЛОЧНОЙ МОДЕЛИ ДВУХДИАПАЗОННОЙ АНТЕННЫ
НА БАЗЕ ДВУХ ИДВКП В КАЧЕСТВЕ ВОЗБУДИТЕЛЯ .......................................................... 87
4.1. Постановка задачи ................................................................................................................. 87
4.2. Оптимизация по согласованию возбудителя двухдиапазонной антенны
на базе двух ИДВКП в свободном пространстве .............................................................. 90
4.3. Оптимизация по согласованию пары активных ИДВКП над бесконечным экраном ... 102
4.4. Оптимизация по согласованию пары активных ИДВКП с двумя директорами ........... 106
4.5. Методы учета омических потерь в тонкопроволочных антеннах .................................. 110
Выводы по разделу 4 ...................................................................................................................... 115
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ДВУХДИАПАЗОННЫХ АНТЕНН С ИДВКП В КАЧЕСТВЕ ВОЗБУДИТЕЛЯ ...................... 117
5.1. Конструкторско-технологическая реализация излучающих плеч возбудителя ............. 117
5.2. Выбор и обоснование конструкции симметрирующих устройств ................................. 119
5.2.1. Шлейфный делитель мощности ............................................................................. 120
5.2.2. Делитель мощности на НСПЛ с общей «землей» ................................................ 121
5.2.3. Щелевой делитель мощности ................................................................................ 122
5.3. Возбудитель печатной двухдиапазонной модифицированной директорной
антенны со щелевым делителем мощности ..................................................................... 123
5.4. Печатная директорная модифицированная Яги-антенна
с концевым возбуждением со щелевым делителем мощности ....................................... 126
5.5. Печатная директорная антенна со щелевым делителем мощности
и линейными ИДВКП ......................................................................................................... 129
5.6. Двухдиапазонный ИДВКП с дополнительными директорами ........................................ 132
5.7. Возбудитель двухдиапазонной антенны на шлейфном делителе мощности ................ 135
5.8. Двухдиапазонная директорная антенна на шлейфном делителе мощности ................. 137
5.9. Интегрированный трехслойный возбудитель двухдиапазонной антенны ..................... 144
5.10. Интегрированная трехслойная печатная двухдиапазонная директорная антенна ...... 147
5.11. Уменьшенный по габаритам вариант двухдиапазонной директорной антенны ......... 150
Выводы по разделу 5 ...................................................................................................................... 157
6. ВЕРИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ МОДЕЛЕЙ РАЗРАБОТАННЫХ ИДВКП
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ИССЛЕДОВАНИЯМИ ................................................................ 159
6.1. Двухдиапазонная директорная антенна с противофазным щелевым
делителем мощности ........................................................................................................... 159
6.2. Трехслойная двухдиапазонная директорная антенна с противофазным
делителем мощности ........................................................................................................... 163
6.3. Двухдиапазонная директорная антенна с противофазным шлейфным
делителем мощности ........................................................................................................... 165
6.4. Методика оценки влияния разброса значений диэлектрической постоянной
на согласование и направленность серийно изготовляемых антенн ............................. 168
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................... 171
Библиографический список ........................................................................................................... 173
Приложение А. Код программы для вычисления собственного
и взаимных импедансов ИДВКП ....................................................................... 181
Приложение Б. Двухдиапазонный излучатель дипольного вида
с центральным питанием .................................................................................... 189
Приложение В. Расчет делителя мощности для 8-элементной антенной решетки ................... 196
Приложение Г. Расчет гистограмм коэффициента усиления и согласования
двухдиапазонной антенны дипольного вида с центральным питанием ........ 205