DSC03934

306 PRZEGLĄD NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANYCH ANTEN

Promiennik

Rys. 11.83. Antena mikroposkowa zasilana szczelinowo

•    dopasowanie poprzez dobór długości stroika,

•    niski poziom niepożądanego promieniowania,

•    szersze pasmo pracy (ok. 10%),

•    łatwiejszy model analityczny niż dla anteny zasilanej współosiowo,

•    linia zasilająca i promiennik znajdują się na podłożach o różnej przenikalności. W omawianej strukturze nie wyeliminowano jednak wzajemnego wpływu promiennika i linii transmisyjnej. Wadę tę usunięto dopiero w antenie mikropaskowej zasilanej szczelinowo pokazanej na rys. 11.83. Sprzężenie promiennika i linii odbywa się poprzez wyciętą w płaszczyźnie masy szczelinę. Antenę zasilaną szczelinowo można scharakteryzować następująco:

•    najtrudniejsza do produkcji spośród wymienionych do tej pory rodzajów anten,

•    antena o wysokiej niezawodności ze względu na brak połączeń mechanicznych promiennika i kabla współosiowego,

•    linia zasilająca (paskowa lub mikropaskowa) oddzielona od promiennika płaszczyzną masy; rozwiązanie to umożliwia łatwiejsze projektowanie struktury zasilającej układy antenowe, izolację układów aktywnych oraz możliwość optymalnego doboru przenikalności elektrycznej podłoża,

•    niski poziom niepożądanego promieniowania około —20 dB, ale poniżej płaszczyzny masy,

•    wąskie pasmo pracy (1-4%),

•    możliwość regulacji dopasowania poprzez długość stroika i rozmiar szczeliny. Odmianą tej anteny jest antena szczelinowa pozbawiona promiennika.

• Z innych typów można wymienić antenę zasilaną linią szczelinową prowadzoną w płaszczyźnie masy, mikropaskową wersję anten Yagi, anteny logarytmicznie periodyczne czy układy dipoli wykonanych w technice drukowanej. Promiennik czynny może być również otoczony kilkoma elementami biernymi umieszczonymi na tej samej warstwie dielektryka. W ostatnich latach dużą popularność zdobywają struktury anten wielowarstwowych. Przyczyny tego stanu rzeczy są następujące:

•    możliwość zwiększenia dostępnej przestrzeni, w której są umieszczone układy aktywne i układy zasilające anteny,

•    możliwość uniknięcia ograniczeń topologicznych przy projektowaniu sieci zasilającej,

•    izolacja niepożądanego promieniowania od układów zasilających,

•    możliwość pokrycia anteny zewnętrzną warstwą dielektryka chroniącego strukturę przed wpływem niekorzystnych czynników atmosferycznych,

•    możliwość osiągnięcia dopasowania w szerokim zakresie kątów przestrajania wiązki (ważne dla układów antenowych) poprzez umieszczenie w odpowiedniej odległości od czoła anteny dielektryka o dużej przenikalności,

•    możliwość poszerzenia pasma pracy anteny przez umieszczenie nad sobą kilku promienników znajdujących się na różnych warstwach dielektryka.

•    możliwość otrzymania dwóch ortogonalnych polaryzacji liniowych lub polaryzacji kółowej,

•    możliwość zwiększenia zysku energetycznego poprzez zastosowanie konfiguracji wielowarstwowej dielektryka pokrywającego z odpowiednio dobranymi grubościami oraz parametrami elektrycznymi poszczególnych warstw.

11.6.2. Modele analityczne

Niezwykle istotny z punktu widzenia analizy i projektowania anten mikropaskowych jest dobór odpowiedniego modelu odzwierciedlającego rzeczywistą strukturę. Dobry model powinien być rygorystyczny (ścisły), a więc uwzględniać jak najwięcej rzeczywistych zjawisk fizycznych, a także umożliwiać algorytmizację i szybkie obliczenia podstawowych parametrów anten za pomocą komputerów. Oznacza to, że musi on być możliwie prosty. Otrzymane wyniki powinny mieć dokładność odpowiadającą danemu zastosowaniu. Pożądane jest również, aby model pozwalał na dobrą ilustrację rzeczywistych procesów zachodzących w antenie umożliwiając zrozumienie zasady jej działania, oraz aby otrzymywane za jego pomocą wyniki można było łatwo interpretować. Dalej opisano pokrótce najbardziej popularne modele: model linii transmisyjnej (transmisyjny), model wnękowy oraz model pełnofalowy.

Najstarszym historycznie, a jednocześnie najprostszym jest model linii transmisyjnej. Obliczenia na jego podstawie są najszybsze spośród wszystkich wymienionych tu modeli. Daje on dość dobre wyniki, wystarczające do celów inżynierskich. Najpoważniejszą wadą modelu linii transmisyjnej jest ograniczenie tylko do promienników w kształcie prostokąta lub kwadratu. Otrzymane wyniki tym lepiej przybliżają rzeczywistą antenę, im cieńsze jest podłoże dielektryczne. Model nie uwzględnia strat w dielektryku ani zjawiska fali powierzchniowej. Ponadto nie nadaje się do projektowania struktur wielowarstwowych. ;

Rozważmy antenę mikropaskową przedstawioną na rys. 11.84. Istota modelu polega na traktowaniu promiennika jako bardzo szerokiej linii transmisyjnej

0    małej impedancji o długości rezonansowej L_p. Obszary pomiędzy krawędziami promiennika a płaszczyzną masy to szczeliny promieniujące, odpowiedzialne za promieniowanie i pole rozproszenia. Składowe pola elektrycznego styczne do powierzchni w obu szczelinach mają tę samą fazę (składowe normalne są w przeciwfazie). Model anteny zatem to dwie szczeliny promieniujące o dużej impedancji połączone odcinkiem linii transmisyjnej o małej impedancji. Pomiędzy szczelinami istnieje sprzężenie, które jest uwzględnione w modelu. Napięcia

1    prądy na zaciskach linii są sprzężone poprzez dwuwrotowy obwód reprezentujący