ПЕЧАТНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ

Печатный излучатель представляет собой прямоугольную пластинку, возбуждаемую одним или несколькими штырями (рис. 7.1). Несмотря на простоту конструкции, это многофункциональный элемент, он может создавать поле излучения как с линейной, так и с круговой поляризацией, а также работать на одной или двух частотах с взаимно ортогональным расположением плоскостей поляризации излучаемых волн. Теория печатных излучателей может быть построена на базе различных физических моделей. Одна из таких моделей базируется на представлении печатного излучателя в виде разомкнутого отрезка несимметричной полосковой линии, возбуждаемого штырем через отверстие в экране.

При приближенном подходе, основанном на теории длинных линий, в отрезке учитывается возбуждение лишь квази-T-волны. В качестве продольной оси отрезка полосковой линии выбирается одна из осей симметрии прямоугольной пластинки. Предполагается, что энергия излучается через торцевые щели, образованные кромками отрезка полоскового проводника и экраном, а излучение из боковых щелей пренебрежимо мало. По сравнению с мощностью квази-T-волны, набегающей на щель, мощность, излучаемая торцевыми щелями, невелика, поэтому коэффициент отражения в плоскости торцевых щелей близок к единице.
Распределение тока, а также поля вдоль оси полосковой линии между торцевыми щелями и возбуждающим штырем мало отличается от соответствующих распределений в несимметричной полосковой линии со стоячей квази-T-волной.
На торцевые щели приходятся максимум напряженности электрического поля и нуль электрического тока. При определенной длине отрезка полосковой линии происходит синфазное сложение волн, отраженных от его концов, и волн, возбуждаемых штырем, что соответствует резонансному режиму работы.
Интенсивность колебаний поля и тока, а также мощность излучения в резонансном режиме резко возрастают.

Пусть направление оси отрезка полосковой линии совпадает с осью y (см. рис. 7.1). Тогда резонанс квази-T-волны, распространяющейся в этом направлении, определяется размером b пластинки. Размер а определяет входное сопротивление при резонансе. Торцевые щели 1, 3 излучают волны с основной поляризацией, а боковые щели 2, 4 — волны с кроссполяризацией поля.
Резонансный размер пластинки практически кратен половине длины квази-T- волны:

[pic]
(7.1) где [pic](Т - длина квази-T-волны.

Распределение напряженности электрического поля вдоль торцевых и боковых щелей в резонансном режиме (рис. 7.2, б) соответствует низшей резонансной частоте, когда длина отрезка полосковой линии близка к половине длины квази-T-волны. Энергия, запасенная в поле квази-T-волны при резонансе, достаточно велика. Следствием этого являются высокая добротность и узкополосность рассматриваемых излучателей. Если резонансный размер излучателя кратен нечетному числу полуволн квази-T-волны

[pic] (7.2) то колебания поля в торцевых щелях противофазны. Направление эквивалентного магнитного тока в торцевых и боковых щелях

[pic]
(7.3) где n - единичный вектор нормали к плоскости щелей, при m=0 показано на рис. 7.2, в. sitednl.narod.ru/1.zip - база сотовых по Петербургу

Согласно (7.3) эквивалентные магнитные токи торцевых щелей при выполнении условия (7.2) синфазны. Излучение синфазных щелей имеет максимум в направлении нормали к плоскости экрана. На практике используются излучатели с резонансным размером, определяемым (7.2) при m=0. Такие излучатели имеют минимальные габаритные размеры пластинки. Колебания поля и тока в излучателе с указанной длиной в дальнейшем будем называть низшим типом колебаний.

Если длина отрезка полосковой линии кратна четному числу полуволн квази-
T-волны, т. е.

[pic] (7.4) то излучатель в направлении нормали к плоскости экрана практически не излучает.

Разработка эффективных печатных излучателей и ФАР, построенных на их основе, тесно связана с созданием математических моделей, содержащих полное электродинамическое описание конструктивных элементов излучателей.
Подробные модели и реализующие их программы для ЭВМ существуют и используются в САПР при создании ФАР. Ниже приводится приближенная методика расчета печатных излучателей, позволяющая оценить их характеристики и выбрать исходные варианты для моделирования на ЭВМ. Кроме того, даются справочные сведения о характеристиках печатных излучателей в плоских ФАР, полученные численными методами с учетом взаимовлияния излучателей.

ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА

Прямоугольная пластинка (рис. 7.3), расположенная над экраном, представлена отрезком эквивалентной двухпроводной линии, нагруженным на проводимости торцевых щелей. Эти проводимости являются комплексными величинами с емкостной реактивной частью, обусловленной концентрацией поля у торцевой кромки плоского проводника (см. рис. 7.2, а). Возбудители - штырь и отверстие связи - на эквивалентной схеме (см. рис. 7.3) представлены цепочкой элементов, состоящей из последовательно включенных реактивного сопротивления, штыря и параллельно включенных реактивной проводимости и идеального трансформатора, соответствующих переходу от линии передачи к излучателю через отверстие связи.

Если толщина экрана существенно меньше длины волны и штырь является продолжением центрального проводника коаксиального волновода, то коэффициент трансформации идеального трансформатора можно положить равным единице, а реактивность параллельно включенного элемента - нулю.

Входное сопротивление излучателя

[pic] (7.5) где

[pic] (7.6)
- входное сопротивление отрезка эквивалентной двухпроводной линии длиной
[pic] нагруженной на сопротивление торцевой щели ZЩ1;

[pic] (7.7)
- входное сопротивление отрезка эквивалентной двухпроводной линии длиной
[pic] нагруженной на ZЩ2; ZШТ — индуктивное сопротивление штыря.

В (7.5) — (7.7) W — волновое сопротивление полосковой линии; ( — коэффициент фазы квази-T-волны, yШТ— смещение штыря вдоль оси у относительно средней точки.

Входное сопротивление (7.5) в рабочей полосе частот ведет себя как сопротивление параллельного контура, однако на частоте, соответствующей максимуму активной составляющей входного сопротивления, реактивная составляющая не обращается в нуль и равна индуктивному сопротивлению штыря
ZШТ.

Из-за наличия емкостной реактивной составляющей сопротивления щелей резонансный размер пластинки несколько меньше значения (7.2).

Укорочение одиночного излучателя, а также излучателя в решетке с учетом их взаимовлияния не превышает 20%. Проводимость излучения торцевых щелей
[7.1]

[pic] (7.8) где величины