многомодовая антенна помеха подавление
Электродинамическая модель МПА (см. рис. 9) имела ряд особенностей. Использовались источники возбуждения МПА в виде сосредоточенных портов с сопротивлением 50 Ом. Оказалось, что достижение согласования по двум критериям, сформулированным выше, затруднительно без использования дополнительных элементов. В качестве такого элемента использовалось металлическое кольцо и металлический цилиндр в центре МПА.
Целью численных экспериментов была настройка резонансных частот собственных колебаний на рабочую частоту МПА, равную 1.5 ГГц, а также согласование МПА по критериям (2).
Рис. 10. ДН собственных колебаний МПА
На рис. 10,11 показаны результаты оптимизации МПА, выполненной из диэлектрика с диэлектрической проницаемостью 10. На рис. 10 показаны ДН собственных колебаний, а на рис. 11 частотные зависимости КСВ осесимметричного колебания (кривая 1) и колебания с круговой поляризацией (кривая 2).
Рис. 11. КСВ МПА в разных режимах
Видно, что МПА хорошо согласована и имеет ДН требуемого вида.
В работе рассматривался ряд модификаций базового варианта МПА, изображенного на рис. 8, которые имеют улучшенные конструктивно-технологические характеристики. В частности, исследовалась возможность устранения зазора между углублением и нижним экраном с переносом портов в периферийную часть антенны. Исследование показало, что при этом затрудняется одновременная настройка резонансных частот всех трех собственных колебаний, а также повышается сложность обеспечения необходимых входных импедансов.
Исследовалась антенна с элементом возбуждения, расположенным в ее центре. Такое размещение порта весьма удобно, так как он селективно возбуждает осесимметричное собственное колебание и при этом не взаимодействует с несимметричными колебаниями, имеющим нули электрического поля в центре МПА. Недостатком центрального возбуждения МПА является сложность согласования, которое невозможно без применения внешних согласующих элементов: сосредоточенных или распределенных емкостей и индуктивностей, которые сужают полосу рабочих частот устройства и являются источником дополнительных тепловых потерь.
Рис. 12. Слой двухслойной МПА
Также в работе исследовалась антенна, показанная на рис. 12, которая является одним из двух слоев двухслойной МПА. В ней возбуждается осесимметричное колебание. Численные исследования полностью подтвердили полученный при помощи приближенной модели вывод о низкой добротности осесимметричного колебания. На рис. 13 показана полученная численно частотная зависимость КСВ антенны подтверждающая подтверждающая широкополосность антенны.
На рис. 14 показаны ДН в плосколсти вектора электрического поля двухслойной МПА, расположенной на бесконечном металлическом экране. Кривая 1 соответствует ДН осесимметричного колебания, а кривая 2 ДН несимметричного колебания.
Рис. 13. КСВ двухслойной МПА
На рис. 15 показаны ДН двухслойной МПА в плоскости вектора магнитного поля. Кривые 1 и 2 соответствуют симметричному и несимметричному колебаниям. Видно, что ДН симметричного колебания практически не зависит от азимутального угла в отличие от ДН несимметричного колебания.
Рис. 14. ДН двухслойной МПА в Е - плоскости
Рис. 15. ДН двухслойной МПА в Н - плоскости
5. Экспериментальное исследование двухслойной МПА
Экспериментально исследовалась двухслойная МПА, показанная на рис. 14. На нижнем слое располагается антенна с симметричным колебанием, а на верхнем слое антенна с двумя несимметричными колебаниями. Возбуждение симметричного колебания осуществляется в двух точках при помощи синфазного делителя мощности. Линии питания несимметричных колебаний проходят через металлический цилиндр нижнего слоя. Верхний слой возбуждается в двух точках. Антенна имеет три входа/выхода и располагается на экране размером 50х50 см.
Рис. 16. Конструкция двухслойной МПА
На рис. 17,18 представлены некоторые экспериментальные результаты. На рис. 17 показана частотная зависимость КСВ. Кривая 1 соответствует симметричному, а кривая 2 несимметричному колебаниям.
Рис. 17. Измеренный КСВ МПА
Рис. 18. Суммарная (а) и разностная (б) ДН
На рис. 18 а,б показаны ДН симметричного (а) и несимметричного (б) колебаний. Сплошной кривой даны измеренные, а точками рассчитанные ДН. Изрезанность ДН обусловлена влиянием экрана.
Литература
1. P. Misra and P. Enge. Global Positioning System: Signals, Measurements, and Performance. Ganga-Jamuna Press, Lincoln, MA, 2004.
2. Заявка на патент РФ «Малогабаритная антенна» № 2015136886 от 31.08.2015.
3. Заявка на патент РФ «Многомодовая печатная антенна» № 2015115055 от 22.04.2015.
4. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь. 1986.
5. Денисов В.П., Дубинин Д.В. Фазовые пеленгаторы. Томск: Изд-во ТУСУР. 2002.
6. Сазонов Д.М. Многоэлементные антенные системы. М.: Радиотехника. 2015.