Для адаптации к требованиям к углу наклона антенны нового продукта и использования формы для печатной платы предыдущего поколения, можно использовать следующую схему антенны для достижения коэффициента усиления 14 дБи при 77 ГГц и характеристик излучения 3 дБ_E/H_ширина луча = 40°. Используется пластина Rogers 4830 толщиной 0,127 мм, Dk = 3,25, Df = 0,0033.
Схема расположения антенн
На приведенном выше рисунке используется микрополосковая решетчатая антенна. Микрополосковая решетчатая антенна представляет собой антенну, образованную каскадным соединением излучающих элементов и линий передачи, сформированных N микрополосковыми кольцами. Она обладает компактной конструкцией, высоким коэффициентом усиления, простым питанием, простотой изготовления и другими преимуществами. Основной метод поляризации — линейная поляризация, аналогичная традиционным микрополосковым антеннам, и может быть выполнена методом травления. Импеданс решетки, местоположение источника питания и структура межсоединений совместно определяют распределение тока по решетке, а характеристики излучения зависят от геометрии решетки. Для определения центральной частоты антенны используется один размер решетки.
Продукция серии антенных решеток RFMISO:
RM-PA7087-43
RM-PA1075145-32
RM-SWA910-22
RM-PA10145-30
Принципиальный анализ
Ток, протекающий в вертикальном направлении элемента антенной решетки, имеет одинаковую амплитуду и обратное направление, а излучательная способность слабая, что мало влияет на характеристики антенны. Установите ширину ячейки l1 равной половине длины волны и отрегулируйте высоту ячейки (h) для достижения разности фаз 180° между точками a0 и b0. При излучении перпендикулярно плоскости решетки разность фаз между точками a1 и b1 составляет 0°.
Структура элемента массива
Структура подачи
В антеннах сетчатого типа обычно используется коаксиальная структура питания, при этом питающий кабель подключается к обратной стороне печатной платы, поэтому его необходимо проектировать послойно. В процессе фактической обработки возникает определенная погрешность точности, которая влияет на производительность. Для обеспечения необходимой фазовой информации, описанной на рисунке выше, можно использовать планарную дифференциальную структуру питания с возбуждением одинаковой амплитуды на двух портах, но с разностью фаз в 180°.
Коаксиальная структура подачи[1]
В большинстве микрополосковых антенных решеток используется коаксиальное питание. Положения питания антенной решетки в основном делятся на два типа: центральное питание (точка питания 1) и краевое питание (точки питания 2 и 3).
Типичная структура сетчатой решетки
При фронтальном питании по всей сетке антенной решетки, представляющей собой нерезонансную однонаправленную антенную решетку с торцевым излучением, распространяются бегущие волны. Антенна с фронтальным питанием может использоваться как в режиме бегущей волны, так и в резонансном режиме. Выбор соответствующей частоты, точки питания и размера сетки позволяет ей работать в различных режимах: бегущая волна (частотная развертка) и резонанс (фронтальное излучение). В режиме бегущей волны антенна с фронтальным питанием использует форму подачи сигнала, при которой короткая сторона сетки немного больше одной трети длины волны в волноводе, а длинная сторона в два-три раза длиннее короткой стороны. Ток на короткой стороне передается на другую сторону, и между короткими сторонами возникает разность фаз. Антенны с фронтальным (нерезонным) излучением излучают наклонные лучи, отклоняющиеся от нормали к плоскости сетки. Направление луча изменяется с частотой и может использоваться для частотного сканирования. При использовании сетчатой антенной решетки в качестве резонансной антенны длинная и короткая стороны решетки проектируются таким образом, чтобы их длина проводящей волны составляла одну длину волны проводимости, а длина проводящей волны — половину от центральной частоты, и используется метод центрального питания. Мгновенный ток сетчатой антенны в резонансном состоянии имеет распределение стоячей волны. Излучение в основном генерируется короткими сторонами, а длинные стороны действуют как линии передачи. Сетчатая антенна обеспечивает лучший эффект излучения, максимальное излучение достигается в состоянии излучения на широкой стороне, и поляризация параллельна короткой стороне решетки. Когда частота отклоняется от проектной центральной частоты, короткая сторона решетки перестает быть половиной длины волны волновода, и в диаграмме направленности происходит расщепление луча. [2]
Массивная модель и её трёхмерная структура
Как показано на рисунке выше, иллюстрирующем структуру антенны, где P1 и P2 находятся в противофазе на 180°, ADS можно использовать для схематического моделирования (не рассматривается в данной статье). Дифференциальная подача питания на фидерный порт позволяет наблюдать распределение тока на отдельном элементе сетки, как показано в принципиальном анализе. Токи в продольном направлении направлены в противоположные стороны (компенсация), а токи в поперечном направлении имеют одинаковую амплитуду и находятся в фазе (суперпозиция).
Текущее распределение по различным направлениям1
Текущее распределение по различным направлениям 2
Выше приведено краткое описание сетчатой антенны и схема антенной решетки с использованием микрополосковой структуры питания, работающей на частоте 77 ГГц. Фактически, в соответствии с требованиями радиолокационного обнаружения, вертикальное и горизонтальное количество элементов сетки может быть уменьшено или увеличено для достижения заданного угла наклона антенны. Кроме того, длина микрополосковой линии передачи в дифференциальной питающей сети может быть изменена для достижения соответствующей разности фаз.
Дата публикации: 24 января 2024 г.
