Электродинамическое моделирование некоторых типов широкополосных вибраторных антенн

антенны в диапазоне 4000 МГц.

 

 

3.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСКОКОНУСНОЙ АНТЕННЫ.

 

Согласно  Нейлу, оптимальные размеры дискоконусной антенны определяются следующими формулами: ; .

Рис.32. Схема дискоконусной антенны.

Опытным путём Нейл установил равенство , где − относительная частота.

Здесь также основным параметром является угол раствора конуса . Также рассмотрены свойства антенны при изменении параметров D_disk и S. Линейные

_{размеры рассматриваемой  антенны таковы: L=30см, Dmin=2см.                 Dmax , Ddisk и S являются переменными величинами зависящими от (для =80град Ddisk=27,7см, S=0,6см).}

Рис.33. Зависимость КСВ дискоконусной антенны с питанием

по 50-оному коаксиальному кабелю от рабочей частоты.

Рис.34. Зависимость S₁₁ от угла раствора конуса.

 

 

Рис.35. Диаграмма  Смита дискоконусной антенны

для различных  углов раствора конуса.

 

 

Рис.36 Диаграммы  направленностей дискоконусной  антенны для

различных углов  раствора конуса на частоте 640МГц.

 

 

 

Рис.37 Диаграммы направленностей  дискоконусной антенны

для угла раствора 80 град на различных частотах.

 

Рис.38. Зависимость S₁₁ от D_disk для =80град.

Рис.39. Диаграмма КСВ для различных значений D_disk.

 

 

 

Рис.40. Зависимость S₁₁ от S.

 

Рис.41. Диаграмма Смита  для различных S.

Рис.43. Коэффициент отражения  дискоконусной 

антенны с экраном.

 

Рис.44. Диаграммы направленностей дискоконусной антенны

(по 

) для различных частот.

 

Рис.45. Диаграмма Смита  дискоконусной антенны с экраном.

 

Для =321,6 МГц и данном L согласно формулам Нейла =2 и, соотвецтвенно, =971,9 МГц. На рис.46 представлено графическое подтверждение теории, выполненного для рассматриваемой модели антенны с данными размерами.

Ширина  пропускания мало зависит от угла раствора конуса. Импеданс антенны  также слабо подвержен изменениям при изменении  .

Рис.46

 

Рис.47. Ширина полосы пропускания  дискоконусной антенны

в диапазоне 2500МГц для  угла раствора 80град.

Рис.48. Диаграмма сопротивлений дискоконусной

антенны в диапазоне 2500 МГц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЛСТОГО СИММЕТРИЧНОГО

 ВИБРАТОРА.

 

                                                  a

                                         

                            L                   d

                                  h

                                                         S

 

                                          

                                           R

Рис.49.

 

. При увеличении D_max увеличивается полоса пропускания.

Рассмотрим  диапазон 350-1000МГц с резонансной частотой 675МГц. По формуле для данной резонансной частоты    11,1см. Пусть S=L/11=1см, a=L/100=0,1см (d=h=0).

На  рис.50 представлен результат расчета  для S₁₁. В области высоких частот наблюдается         небольшой

экстремум. Будем увеличивать a пропорционально L/a=20, 8 и 6 (рис51).

 Рис.50. L/S=11, L/a=100.

Рис.51. L/a=20, 8, 6.

 

Как видно на широкополосность данное увеличение не повлияло, однако второй резонанс стал заметно исчезать.

Теперь  увеличим S пропорционально L/S=9, 7 и 4 (рис.52). Снова возник второй резонанс, более выраженный чем рассматриваемый, но теперь он заметно сместился в низкочастотную область.

Снова увеличим a: L/a=4, 3,8, 3,2 и 2,8 (рис 53). С увеличением a две резонансные частоты сливаются, образуя широкополосную область пропускания, которая, в свою очередь, при дальнейшем увеличении a уменьшается. Из графика видно, что благоприятными для широкополосности являются коэффициенты отношения L/а=3,8-2,8. Что касается параметра S, то последующее его увеличение приводит к рассогласованию, уменьшение − к сужению полосы пропускания (рис.54).

Здесь лишь на немного увеличили значение L/S, с 4 до 5 для улучшения согласования (рис.55).

 

Рис.52. L/S=9, 7, 4.

Рис.53. L/а=4, 3,8, 3,2 и 2,8.

Рис.54. L/S=7, 5 и 3.

 

Рис.55.

 

Теперь  рассмотрим антенну с радиусом закругления отличным от бесконечности. На рис.56 видно, что наличие закругления незначительно сдвигает диапазон в высокочастотную область и резко выделяет второй резонанс. Здесь приведены значения отношения R/а=0, 2 и 1.

Рис.56. R/a=0, 2 и 1.

Посмотрим теперь какие изменения произойдут при отличных от нуля d и h. На рис.57 представлены результаты расчёта для постоянного значения a/d=2 и различных L/h=7,6, 5 и 3. При увеличении высоты

Рис.57. a/d=2 L/h=7,6, 5 и 3.

Рис.58. L/h=3 a/d=1,2, 5 и 2.

конуса происходит рассогласование  антенны с 50-омным кабелем. На рис.58, при постоянном отношении L/h=3, изображено изменение d соответственно a/d=1,2, 5 и 2. Как видно, при стремлении d к a происходит улучшение согласования и восстановление исходной ширины пропускания.

Рис.59. Диаграмма направленности для разных частот.

 

По  рис.59 видно, что угол главного лепестка с увеличением частоты уменьшается с 82,1град для частоты 500МГц до 64,6град для частоты 900МГц. Боковые лепестки отсутствуют.

Наличие экрана сильно ухудшает согласование и уменьшает полосу пропускания (рис.60). Угол главного лепестка по с увеличением частоты растёт. Имеется задний лепесток, который, в свою очередь, уменьшается с увеличением .

Рис.60. S₁₁ толстого симметричного вибратора с экраном.

 

 

 

 

Рис. 61. Диаграмма направленности толстого симметричного

вибратора с экраном.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

Современное проектирование СВЧ структур произвольной формы остро ставит задачу описания, выбора и подтверждения достоверности  модели. Построение достоверной модели связано с задачей расчета  и анализа характеристик физической системы, реализуемой на этом устройстве. Это первый важный вопрос, решаемый в процессе проектирования.

Второй  важный аспект проектирования – это  все  более разнообразные и  обобщенные показатели качества, которыми оценивается устройство. Корректное моделирование радиотехнических объектов сводится как к выбору методов  определения характеристик (анализ), так к выбору и реализации методов  решения обратной задачи (синтеза).

Современная реальность проектирования такова, что  часто может возникать необходимость  считать задачу на нескольких программах (с использованием различных методов  расчета), и только в случае получения  близких результатов считать, что  задача решена правильно, а модель построена  верно.