Моделирование и конструирование линейной антенной решётки

Глава 6.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ  И  КОНСТРУИРОВАНИЕ

ЛИНЕЙНОЙ  АНТЕННОЙ  РЕШЁТКИ     

6.1.1. ОСНОВНЫЕ  ПОЛОЖЕНИЯ

Печатные дипольные фазированные антенные решетки (ФАР) широко применяются в радиотехнических и телекоммуникационных системах [6.1.1]. Расширение сфер использования ФАР и повышение несущих частот применяемых в них радиосигналов при жестких требованиях к габаритно-массовым и стоимостным показателям обусловливает необходимость выбора такой структуры антенной решетки, которая обеспечивала бы максимальную реализацию преимуществ интегрально-групповой технологии выполнения узлов ФАР, включая сами излучающие элементы [6.1.2]. Излучающим элементом дипольных ФАР является диполь, реализованный в печатном (травление медной фольги с пробельных мест на фольгированных листовых диэлектриках типа ФФ-4, ФАФ-4, ФЛАН и т.п.) или микроэлектронном (вакуумное тонкопленочное напыление меди на керамику типа 22ХС, Поликор, Ситалл и др.) исполнениях. Электромагнитное поле печатного диполя формируется осевыми токами проводимости, которые несут на себе его половины, запитанные от источника сигнала с ЭДС  и внутренним вещественным сопротивлением . В случае несимметричного относительно «земли» источника сигнала, подключаемого к диполю коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением , существенное значение имеют способы согласования и симметрирования диполя и кабеля при условии простоты, надежности и технологичности соответствующего конструктивного решения. При этом печатные диполь и симметрирующее устройство объединяются в единую интегрированную структуру, которую принято считать базовым элементом многодипольной ФАР. Все фрагменты печатного рисунка базового элемента реализуются как на лицевой, так и на обратной сторонах диэлектрической подложки. Предпочтительными считаются такие элементы, в структуре которых отсутствуют сквозные металлизированные переходные отверстия для обеспечения гальванического контакта отдельных фрагментов лицевой и обратной сторон подложки.

На современном этапе развития антенной техники уже невозможно вести эффективное проектирование (будь то курсовой, дипломный или коммерческий проект) без использования специализированных полно-волновых (full wave) систем автоматизированного проектирования (САПР). Их применение позволяет существенно уменьшить трудоемкость и стоимость процессов разработки и экспериментальной отработки печатных микроволновых устройств. На рынке предлагается множество САПР различных конфигураций и версий в зависимости от года модификации. Все они, теми или иными электродинамическими численными методами, позволяют рассчитать матрицу рассеяния или коэффициент отражения любого микроволнового узла, а также интенсивность электромагнитного поля вокруг этого узла в ближней и дальней зонах окружающего пространства.

В результате разработчик устройства освобождается от трудоемких вычислений и все его внимание сосредотачивается на формировании адекватного облика проектируемого узла и оценивании полученных результатов проектирования. Неудачный выбор облика начального приближения, как правило, не может быть компенсирован за счет оптимизации размеров и параметров диэлектрика подложки. Поэтому высокопрофессиональный, системный подход к выбору адекватного облика проектируемого узла и его компоновки в пространстве играет ключевую роль в компьютерном проектировании.

Ниже приводятся материалы, способствующие формированию облика дипольных ФАР в целом, отличающиеся от ранее описанных в литературе печатных дипольных ФАР рядом конструктивно-технологических преимуществ. При этом детально описываются конкретные действия пользователя одной из самых производительных на сегодняшний день САПР «CST Microwave Studio» (CST MWS).