Мішустін Б. А.

Московський енергетичний інститут Росія – 111250, Москва, Красноказарменная, 14 тел. (095) 372-52-42, e-mail mishustinBA@mpei.ru Сіньковський М. С., Слезкин В. Г. Севастопольський національний технічний університет України – 99053, Севастополь, Студмістечко тел. (0692) 23-51-18, e-mailrt.sevgtu @ stel.sebastopol.ua

Fig. 1. The construction scheme (a) and equivalent schematic diagram (b) of the three-sectioned antenna

Тут 1 – живлячий кабель, 2 і 3 – провідники такого ж діаметру, Z – вхідний опір однієї секції (Z = R +] Х), Х1 і Х2– Фазує реактивності, Х3-Согласующая реактивність.

Зовнішні характеристики такої антени можна оцінити приблизно, замінивши кожну секцію ниткою зі струмом, мають синусоїдальна розподіл з нулем у краю структури. Нами були проведені розрахунки як для плоских структур, так і просторових, з відігнутими по вертикальній осі на кут Д секціями. Залежності нерівномірності діаграм спрямованості (ДН) в горизонтальній площині представлені на рис. 2.

I

При Хз = 0 вхідний опір Zinp (Між точками А і В) становить

Ясно, для отримання погодження слід підібрати таку частоту поблизу паралельного резонансу, щоб нормоване опір секції R дорівнювало 1/3. На цій частоті підбирається величина до повної компенсації реактивності.

Наведені співвідношення (1,2) вірні для остаточного результату настойки антени, але не враховують той факт, що в повна реактивність опору секції X включає вхідні опору щілинних ліній, які утворені краями секцій. На практиці це призводить до того, що процес налаштування антени повинен виконуватися за певною стратегії.

При безпосередньому порушенні лише двох секцій вхідний опір повинен складати 2R + рх. Однак через дії зазначеного фактора не вдається зафіксувати частоту, на якій 2R = 2/3. Опору наближаються до необхідних, якщо настройку почати з підбору послідовної реактивності (конструктивно зручніше використовувати ємність) Хз До збереження деякого значення вхідний реактивності індуктивного характеру. Потім, припустивши, що саме це значення дорівнює X, слід ввести реактивність X? і спробувати отримати вхідний опір, рівний 2/3 + jji / ь, а для останньої секції Х2-До отримання значень 2/3 – j-Jb / 3. Якщо з першої спроби це зробити не вдається, потрібно повернутися до підбору і повторити спробу.

Експериментальний макет, виконаний для частоти 430 МГц, мав діаметр 120 мм (близько 0.17 від довжини хвилі), висоту повітряного діелектрика 10 мм. Реактивності вдалося підібрати з третьої спроби. Смуга узгодження за рівнем КСВ 2.0 склала 4 МГц, осьовий коефіцієнт еліптичності в смузі 2 МГц був не менш 0.9, нерівномірність ДН в горизонтальній площині – не більше 3 дБ.

III. Висновок

Розглянуто особливості застосування і проектування секціонованих мікрополоскових антен з обертовою поляризацією випромінювання. На прикладі 3-секційної антени, яка забезпечує нерівномірність ДН в горизонтальній площині близько 3 дБ, наведена обгрунтована практичними результатами методика налаштування антени при її експериментальної налагодженні.

IV. Список літератури

[1] Mishoostin В. A., Slyozkin V. G. The sectioned microstrip antennas – In the book 4-th Int. Conf. on Antenna Theory and Techniques ICATT-2003. Proceedings, V.1 [Sevastopol, Ukraine, 8-11 Sept. 2003].-Moscow, Russia, PH IPRZhR, Kyiv, Ukraine, PH «Izvestiya Vuzov», 2003, p. 501-503.

DESIGN OF THE SECTIONED MICROSTRIP ANTENNAS

Mishoostin B. A.

Moscow power engineering institute Krasnokazarmennaya 14, Moscow – 111250, Russia

tel. (095) 372-52-42, e-mail mishustinBA@mpei.ru Synkovsky M. S., Slyozkin V. G.

Sevastopol national technical university Studgorodok Sevastopol-99053, Ukraine Tel. (0692)23-50-18 E-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract – The results of analysis the sectioned microstrip antennas are presented. In comparison with classical patch antennas they have smaller size, but are complex for design. The technique of design-experiment construction of such antennas is offered.

I.  Introduction

The design possibility of sectioned microstrip antennas requiring the considerably smaller size matching arrangement is discussed in our paper [1]. However, the design details of these antennas are not considered. These problems of estimation the ultimate performance, size choice for the principal components of construction and strategy of antenna tuning are the problems of the present paper.

II.  Main part

The sectioned microstrip antennas with linear polarization of radiation field contain two patches, which are excited by a gap between central and outer conductors of a coaxial cable through matching capacitance. The cable is installed along one patch axis and is led out through its edge on a shield. For symmetry the opposite patch plate connects with a shield by the same way. The principle of operation is based on the idea that each section has the same frequency dependence of input impedance as the parallel oscillating circuit of high Q has. There is point near the resonant frequency, at which the active component of impedance of oscillating circuit is equalled to the feeder wave impedance, whereas it’s reactive component has an inductive character. As a result it is rather easy to provide matching by selection of series capacitance. The complexity of design is directly connected with the impossibility of rigorous calculation of the device inductance, whereas calculation of plane condenser capacitance is much easier problem. The necessary data can be obtained experimentally with minimum expenses after manufacturing one or two experimental models.

As example under consideration is the 3-section antenna with rotating polarization of radiation field (Fig. 1), where 1 denotes feeder cable, 2 and 3 are conductors of the same diameter, Z – input impedance of one section, Xt and X2 are phasing reactances, X3 is matching reactance. Calculated results, obtained by approximate method, showed that flat 3-section antenna can be used in practice if maximum permissible non-uniformity factor of horizontal plane far-field pattern is about 3 dB (Fig.2). The necessary values of Xt and X2are given by formula (1). ForX3 = 0 input impedance Zinp is defined by (2). The central operation frequency is chosen so, that the normalised value of R is 1/3. Tuning must be started with choice of X3 provided only two sections are excited. After iterative selection of Xt and X2 and, if necessary, X3 a nice matching could be obtained if input impedance is 2/3 ± jv / з ^ / з ■ Our experimental model at 430 MHz has diameter 120 mm (about 0.17 of wavelength), height of air dielectric

10  mm. VSWR is less than 2.0 within 4 MHz bandwidth. Axial ellipticity within 2 MHz bandwidth is not less than 0.9, horizontal plane non-uniformity factor iss less than 3 dB.

III.  Conclusion

The application and design features of sectioned microstrip antennas with rotated polarisation are considered. By an example of the 3-section antenna, providing a horizontal plane nonuniformity about 3 dB, the experimentally verified technique of the antenna tuning is presented.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»