Юрцев О А, Бобков Ю Ю, Чекан С А, Аль-Ріфаї А Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки вул П Бровки, д 6, м Мінськ, 220013, Республіка Білорусь тел +375 17 293 89 27, e-mail: yurtsev_o@tutby

Анотація – Методом моментів розглядається коефіцієнт передачі між двома діректорной антенами, діаграма спрямованості решітки з урахуванням взаємодії випромінювачів між собою, вхідний опір, залежність цих параметрів від геометрії і частоти

I                                       Введення

Діректорной антени використовуються як самостійні антени, так і в якості випромінювачів антенних решіток У цьому випадку характеристики і параметри решітки істотно залежать від взаємодії випромінювачів між собою У докпаде викладаються результати аналізу характеристик випромінювання антеною решітки з діректорной антен Малоелементні решітки аналізуються методом моментів, багатоелементні комбінацією методу моментів – для фрагмента решітки та подальшого використання теореми перемноження діаграм спрямованості

II Обєкти і метод дослідження

Розглядаються лінійні антенні грати, в яких діректорной антени (далі випромінювачі) розташовані в площині Е, лінійні решітки з розташуванням випромінювачів в площині Н і плоскі антенні решітки Частковий плоскою антеною решітки показаний на рис1 Площина Е – це площина XZ, площину Н – площина YZ

Рис 1 Антенна решітка діректорной антен

Fig 1 Antenna array from Yagi-Uda antennas

Далі використовуються позначення: Dx, Dy – відстані між випромінювачами уздовж осей X і У Μχ, Му

– число випромінювачів по осях X і Υ Nd – число директорів у дірекгорной антені (у одному випромінювачі)

Для знаходження розподілу струму в провідниках випромінювачі (активному вибраторе, рефлекторі, директорів) по заданому напрузі збудження на вході активного вібратора використовується метод моментів: інтегральне рівняння Покпінгтона для струму в тонкому провіднику, імпульсні функції в якості базисних і вагових функцій при зведенні інтегрального рівняння до матричних

Модель збудження – напруга одиничної амплітуди в сегменті на вході активного вібратора За розподілом струму розраховується поле в дальній зоні, діаграма спрямованості (ДН) і коефіцієнт посилення (КУ) Такий підхід дозволяє за порівняно короткий час розрахувати розподіл струму в решітці з числом діректорной антен у складі одного лінійного рефлектора, активного вібратора і двох-трьох директорів, якщо число випромінювачів в решітці не більше 20-25 При більшому числі випромінювачів ДН розраховується з використанням теореми перемноження ДН:

де ίι (θ, φ) – ДН одного випромінювача з урахуванням взаємодії fc (Θ, φ) – множник системи

Такий підхід передбачає, що ДН всіх випромінювачів решітки з урахуванням взаємодії однакові Насправді за рахунок крайового ефекту ДН крайніх випромінювачів може істотно відрізнятися від ДН випромінювачів, розташованих в центрі решітки Тому формула (1) використана для розрахунку ДН і КУ решітки, складеної з фрагментів повної решітки (з подрешеток) У цьому випадку ίι (θ, φ) – ДН однієї подрешетки ί ^ (θ, φ) – Множник системи

подрешеток Досліджувався вплив на точність одержуваного результату способу розбиття решітки на подрешетки Далі число випромінювачів в підрив-шеткі по осях X і Υ позначається символами Νχ, Ny число подрешеток – Символами Ncx і Ncy Mx = Nx Ncx, My = Ny Ncy

Коефіцієнт передачі між взаємодіючими випромінювачами S12 визначався як відношення потужності на вході пасивного випромінювача до потужності на вході активного випромінювача

III                    Результати чисельного моделювання

Далі наводяться результати розрахунку коефіцієнта передачі S12 між двома випромінювачами, розташованими в площині Е і в площині Н, решта результати (вхідний опір, ДН, КУ) наведені для лінійної решітки з розташуванням діректорной антен в площині Е

При всіх значеннях числа директорів Nd довжина активного вібратора, лінійного рефлектора і директорів вибиралися з умов мінімуму зворотного випромінювання (уздовж осі-Z) на середній частоті На рис2 показана залежність S12 від Οχ / λ (λ – довжина хвилі) при Nd = 0, 2 Для Nd = 0 показана залежність при розташуванні діректорной антен в площині Е і в площині Н Як видно, взаємодія в площині Н більше, ніж у площині Е Із збільшенням число директорів коефіцієнт передачі S12 зменшується

РісЗ дозволяє порівняти три способи розрахунку ДН решітки з урахуванням взаємодії випромінювачів між собою Параметри решітки: Nd = 1, Dx / A = 0,75 РісЗ-

ДН решітки розрахована методом інтегральних рівнянь для всієї решітки РісЗВ – ДН решітки розрахована як добуток ДН одного випромінювача з урахуванням взаємодії в складі всієї решітки та множника системи решітки з 9 випромінювачів РісЗС – ДН розрахована як добуток ДН групи з трьох випромінювачів методом інтегральних рівнянь і множника системи решітки з трьох таких випромінювачів У цій решітці відстань між випромінювачами в 3 рази більше, ніж в решітці з окремих дірекгорних антен Як, видно всі три ДН практично збігаються вище рівня -30 дБ

Рис 2 Залежність S12 від Οχ / λ

Fig 2 S12 versus Οχ/λ ratio Antenna array pattern

IV                                  Висновок

Діаграма спрямованості

Досліджено залежність коефіцієнта передачі між двома діректорной антенами у складі решітки від хвильового відстані між випромінювачами і числа директорів Проведено порівняння трьох способів розрахунку ДН і КУ решітки: застосування методу інтегральних рівнянь для всієї решітки застосування методу інтегральних рівнянь для розрахунку ДН одного збуджуваного випромінювача при наявності пасивних і наступне застосування теореми перемноження діаграм спрямованості застосування методу інтегральних рівнянь до фрагмента решітки і подальше застосування теореми перемноження діаграм спрямованості Показано, що всі три методи дають практично однаковий результат, але третій метод вимагає істотно меншого часу для рахунку

Діаграма спрямованості

INTERACTION OF YAGI-UDA ANTENNAS IN ANTENNA ARRAYS

Oleg A Yurtsev, Yuri Y Bobkov,

Abd Almouen Alrifai Beiarusian State University of informatics and Radioeiectronics

6,                P Brovi<a Str, Minsi<, 220013, Beiarus

Ph: +375-17-2938927, e-maii: yurtsev_o@tutby

Діаграма спрямованості

Рис 3 Діаграма спрямованості peujemKU Fig 3 Antenna array pattern

Abstract – The results of modeling of transmission coefficient between two Yagi-Uda antennas in antenna array (Fig1) are discussed in this article The transmission coefficient S21 versus wavelike distance between antennas and directors number are analyzed by Moment Method (MoM) Both E-plane and H-plane (Fig 2) interactions are analyzed Tree methods for the calculation ofthe antenna array radiation pattern subject to interactions are discussed Fig 3 shows the radiation patterns calculated by different methods for antenna array composed of 9 Yagi-Uda antennas (irradiators) The each irradiator has one director and one linear reflector The radiation pattern for full antenna array calculated by MoM is shown at Fig ЗА It is the first method In the second method the radiation pattern of one active irradiator subject to other irradiator is passive, and MoM calculates it The pattern of full array is calculated by theorem of antenna pattern multiplication Fig 3B In the third method the full antenna array is decomposed to three fragments per tree irradiators MoM calculates the antenna pattern of one fragment subject to all (three) irradiators The pattern of full array is calculated by theorem of antenna pattern multiplication, but system factor calculated for array consist of three fragments One can see, that all proposed methods allow achieving the same results But the third method needs more little computertime

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р