pääasiallinen

Uritetut aaltojohtoantennit – suunnitteluperiaatteet

Kuvassa 1 on esitetty yleinen uritettu aaltojohdinkaavio, jossa on pitkä ja kapea aaltojohdinrakenne, jonka keskellä on rako. Tätä rakoa voidaan käyttää sähkömagneettisten aaltojen lähettämiseen.

8

kuva 1. Yleisimpien uritettujen aaltojohtoantennien geometria.

Etuosan (Y = 0 avoin pinta xz-tasossa) antenni saa syötön. Kaukopää on yleensä oikosulku (metallinen kotelo). Aaltojohdinta voidaan virittää sivulla olevalla lyhyellä dipolilla (näkyy onteloaukkoantennin takaosassa) tai toisella aaltojohtimella.

Aloitetaan kuvion 1 antennin analysointi tarkastelemalla piirimallia. Aaltojohdin itse toimii siirtolinjana, ja aaltojohtimen raot voidaan nähdä rinnakkaisina admittanssina. Aaltojohdin on oikosuljettu, joten likimääräinen piirimalli on esitetty kuviossa 1:

162b41f3057440b5143f73195d68239

kuva 2. Uritetun aaltojohtoantennin piirimalli.

Viimeinen ura on etäisyydellä "d" päästä (joka on oikosuljettu, kuten kuvassa 2 on esitetty), ja uraelementit ovat etäisyydellä "L" toisistaan.

Uran koko antaa ohjaimen aallonpituudelle. Ohjausaallonpituus on aaltojohtimen sisällä oleva aallonpituus. Ohjausaallonpituus ( ) on aaltojohtimen leveyden ("a") ja vapaan tilan aallonpituuden funktio. Hallitsevalle TE01-moodille ohjausaallonpituudet ovat:

37259876edb11dc94e2d09b8f821e74
278a67f6ac476d62cfbc530d6b133c2

Viimeisen raon ja pään "d" välinen etäisyys valitaan usein neljännesaallonpituudeksi. Siirtolinjan teoreettinen tila, alaspäin siirretty neljännesaallonpituuden oikosulkuimpedanssilinja, on avoin piiri. Siksi kuva 2 supistuu muotoon:

6a14b330573f76e29261f29ad7e19a9

kuva 3. Ura-aaltojohdepiirin malli neljännesaallonpituusmuunnosta käyttäen.

Jos parametriksi "L" valitaan puoli aallonpituutta, niin tuloimpedanssi ¾ ohmia tarkastellaan puolen aallonpituuden etäisyydellä z ohmia. "L" on syy siihen, miksi sen on oltava noin puoli aallonpituutta. Jos aaltojohdeaukkoantenni on suunniteltu tällä tavalla, kaikkia rakoja voidaan pitää rinnakkaisina. Siksi "N"-elementtisen uritetun antenniryhmän tuloadmittanssi ja tuloimpedanssi voidaan laskea nopeasti seuraavasti:

029f3703538d59e328ce97a1a99fa53

Aaltoputken tuloimpedanssi on raon impedanssin funktio.

Huomaa, että yllä olevat suunnitteluparametrit pätevät vain yhdellä taajuudella. Kun taajuus etenee siitä ja aaltojohdin toimii, antennin suorituskyky heikkenee. Esimerkkinä uritetun aaltojohtimen taajuusominaisuuksien tarkastelusta, näytteen mittaukset taajuuden funktiona on esitetty kuvassa S11. Aaltojohdin on suunniteltu toimimaan 10 GHz:n taajuudella. Tämä syötetään koaksiaalisyöttöön pohjassa, kuten kuvassa 4 on esitetty.

9

Kuva 4. Uritettua aaltojohtoantennia syötetään koaksiaalisella syötöllä.

Tuloksena oleva S-parametrikuvaaja on esitetty alla.

10

HUOMAUTUS: Antennin S11-taajuudella on erittäin suuri heikkeneminen noin 10 GHz:n taajuudella. Tämä osoittaa, että suurin osa tehonkulutuksesta säteilee tällä taajuudella. Antennin kaistanleveys (jos S11 on alle -6 dB) vaihtelee noin 9,7 GHz:stä 10,5 GHz:iin, jolloin suhteellinen kaistanleveys on 8 %. Huomaa, että resonanssia esiintyy myös 6,7 ja 9,2 GHz:n tienoilla. Alle 6,5 GHz:n, aaltojohtimen katkaisutaajuuden alapuolella, energiaa ei säteile juurikaan. Yllä oleva S-parametrikaavio antaa hyvän kuvan siitä, minkä kaistanleveyden uritettujen aaltojohtimien taajuusominaisuudet ovat samankaltaisia.

Rakoaaltojohteen kolmiulotteinen säteilykuvio on esitetty alla (tämä laskettiin käyttämällä numeerista sähkömagneettista pakettia nimeltä FEKO). Tämän antennin vahvistus on noin 17 dB.

11

Huomaa, että XZ-tasossa (H-taso) keilanleveys on hyvin kapea (2–5 astetta). YZ-tasossa (tai E-tasossa) keilanleveys on paljon suurempi.

Uritettu aaltojohtoantennisarjan tuote-esittely:

 
 
 

RM-SWA910-22, 9-10 GHz


Julkaisun aika: 05.01.2024

Hanki tuotetietolomake