DSC03935

308 PRZEGLĄD NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANYCH ANTEN

■

Promiennik

Lp

E.

E

E

Podłoże dielektryczne

Rys. 11.84. Antena mikroposkowa z zaznaczonymi wymiarami promiennika i składowymi pola

propagację pola w przestrzeni ponad anteną. Napięcie i prąd wzdłuż linii transmisyjnej są przybliżone wzorami:

(11.97)

U(x) = U₀cos —

*-<D

(11.98)

Wzory te umożliwiają łatwe wyjaśnienie impedancji wejściowej, będącej stosunkiem napięcia do prądu

U

T

(11.99)

W punkcie zasilającym umieszczonym wzdłuż krawędzi promieniującej (x = 0 lub x = Lp) napięcie ma wartość maksymalną, natomiast prąd minimalną, zatem impedancja wejściowa ma swoje maksimum. Dla punktu umieszczonego w środku promiennika (x = L_p/2) napięcie wynosi 0, a prąd ma wartość maksymalną, tak więc impedancja wejściowa anteny wynosi 0. Widać zatem, że zmieniając punkt zasilania anteny można osiągnąć dopasowanie impedancji wejściowej anteny do impedancji charakterystycznej linii zasilającej. Na krawędzi promieniującej typowa wartość impedancji waha się od 150 do 300 omów. Model linii transmisyjnej pozwala ponadto na obliczenie częstotliwości rezonansowej, dobroci i charakterystyki promieniowania.

Model wnękowy jest dokładniejszy od modelu linii transmisyjnej i umożliwia znacznie lepsze intuicyjne zrozumienie działania anteny mikropaskowej. Model wnękowy jest nieskomplikowany numerycznie, umożliwia analizę promienników o innych kształtach niż prostokątne i uwzględnia straty w dielektryku. Nie jest jednak możliwe uwzględnienie zjawiska fal powierzchniowych, wzajemnego

Promiennik

c

7

+ ++++++

Płaszczyzna masy

Rys. 11.85. Rozkład ładunków w antenie mikropaskowej

sprzężenia między elementami w układach antenowych, niemożliwa jest ponadto analiza struktur wielowarstwowych. Istnieje wiele modyfikacji modelu podstawowego, z których najbardziej znany jest model wielowrotowy, polegający na rozbiciu brzegu promiennika na kilka wrót, w których efektywne admitancje obciążenia modelują zarówno brzeg promiennika, jak i punkt zasilający. Model wielowrotowy umożliwia analizę elementów biernych i układów antenowych. Model wnękowy i jego pochodne dają dobre wyniki tylko dla anten o małej grubości dielektryka (duża dobroć).

W momencie, kiedy prąd zmienny zostanie dostarczony do promiennika, na powierzchni masy oraz obu stronach promiennika wytwarza się rozkład ładunków pokazany na rys. 11.83. Występują tutaj dwie tendencje: pierwsza, polegająca na przyciąganiu się przeciwnych ładunków ze spodniej strony promiennika i płaszczyzny masy i utrzymująca ładunki na spodniej stronie oraz droga, polegająca na odpychaniu się jednoimiennych ładunków i przesuwaniu ich na wierzchnią stronę promiennika. Dla cienkich dielektryków pierwsza tendencja jest dominująca i prawie wszystkie ładunki są umieszczone na spodniej stronie promiennika. Większość prądu płynie zatem płynie po wewnętrznej stronie, co oznacza, że składowa pola magnetycznego styczna do krawędzi promiennika jest bardzo mała. Zakładając, że jest ona równa zeru możemy umieścić w płaszczyźnie między krawędzią promiennika a masą doskonały przewodnik magnetyczny. Wprowadzenie ścianki magnetycznej zakłóci rozkład pola magnetycznego, lecz zmiana będzie tym mniejsza, im cieńsze będzie podłoże. Przyjmując zatem następujące założenia:

•    w obszarze ograniczonym promiennikiem i płaszczyzną masy występuje tylko składowa E_z pola elektrycznego oraz składowe H_x i H_y pola magnetycznego,

•    pola w tym obszarze są niezależne od współrzędnej z dla interesujących nas częstotliwości,

•    składowa styczna pola magnetycznego wynosi 0,

można zastąpić antenę wnęką rezonansową, której ścianki boczne są wykonane z doskonałego przewodnika magnetycznego, a ścianki górna i dolna z doskonałego przewodnika elektrycznego. Rozkłady pól elektrycznego i magnetycznego w antenie