Ультраширокополосная компактная рупорно-микрополосковая антенна с высокой направленностью

данном диапазоне не проявляется ионосферная рефракция, но тропосферная рефракция имеет место. Так как длина волны сантиметрового, и, в особенности, миллиметрового диапазонов соизмеримы с размерами частиц среды (капли воды, присутствующие в виде дождя или тумана), имеет место эффект поглощения.

Поглощение радиоволнкапельками воды происходит из-за того, что при прохождении радиоволны через такую среду в каждой капельке наводятся токи поляризаций, вызывающие тепловые потери. Эти потери возрастают с уменьшением длины волны, однако при λ>10 см поглощение ничтожно.

Потери происходят из-за рассеивания радиоволн капельками воды. движение токов, наведённых первичной волной в капельках, индуцирует вторичное излучение, причём капелька равномерно излучает во всех направлениях. Это приводит к рассеиванию, поскольку не вся энергия передаётся в первоначальном направлении.

4. РАСЧЕТ ИЗЛУЧАТЕЛЯ МПА РЕЗОНАНСНОГО ТИПА

Для расчета характеристик МПА успешно применяются модель линии передачи и модель резонатора. Хотя обе модели не являются достаточно общими и не позволяют определить взаимную связь между излучающими элементами, они широко используются в инженерной практике, что обусловлено хорошей изоляцией (до -30 дБ) излучателей друг от друга.

Микрополосковый излучающий элемент прямоугольной формы представляет собой прямоугольную металлическую пластину, расположенную на каком-либо диэлектрике над экраном (рисунок 3.2.).

Выберем марку материала для основания полосковых плат: ФЛАН-5

Свойства материала:

1. Предназначен для изготовления СВЧ-плат повышенной точности. Имеет низкую ударную прочность, низкую теплостойкость – до 80°С, низкую стойкость к ароматическим и хлорированым углеводородам.

2. Обладает высокой стабильностью размеров при изготовлении плат.

3. Допускает все виды механической обработки.

4. Температура пайки до 150 °С.

Материал проводника: медь

Согласно расчетной модели микрополосковая антенна рассматривается при анализе как плоский, прямоугольный объемный резонатор, ограниченный по периметру края магнитной стенкой (Hi=0), а сверху и снизу электрическими стенками (Еi=0). Такой закрытый резонатор, естественно, не излучает энергию в свободное пространство, однако можно допустить, что структура поля в микрополосковой антенне в значительной степени такая же, как и в прямоугольном резонаторе.

Определим длину волны в диэлектрике по формуле:

м.                                      (4.1)

Подобрав м, найдем геометрические размеры прямоугольного ленточного проводника по формулам:

м,                                  (4.2)

м.                                    (4.3)

Эффективная длина микрополосковой антенны (длина полуволнового резонатора) рассчитывается по формуле:

,                                         (4.4)

где

,                        (4.5)

а диэлектрическая проницаемость диэлектрической подложки найдем по формуле:

.                          (4.6)

Подставив (4.6) в (4.5) получим

 м.                                 (4.7)

Выражения для (4.5) и (4.6) получены путем аппроксимации точных расчетных данных с использованием ЭВМ.

Подставив (4.7) и (4.3) в (4.4) получим

 м.                                 (4.8)

Резонансную частоту прямоугольного резонатора для низшего типа колебаний (m=0, n=0) определяют по формуле:

ГГц,                          (4.9)

где с – фазовая скорость электромагнитной волны в свободном пространстве;, L_эф>L –эффективные размеры микрополосковой антенны; ε_эф<ε_r – эффективная диэлектрическая проницаемость диэлектрической подложки, эффективные