huvudsaklig

Spårade vågledarantenner – Designprinciper

Figur 1 visar ett vanligt slitsat vågledardiagram, som har en lång och smal vågledarstruktur med en slits i mitten. Denna slits kan användas för att överföra elektromagnetiska vågor.

8

figur 1. Geometri hos de vanligaste slitsade vågledarantennerna.

Frontantennen (Y = 0 öppen yta i xz-planet) matas. Den bortre änden är vanligtvis kortsluten (metallhölje). Vågledaren kan exciteras av en kort dipol (syns på baksidan av antennen med hålrumsspalt) på sidan, eller av en annan vågledare.

För att börja analysera antennen i figur 1, låt oss titta på kretsmodellen. Själva vågledaren fungerar som en transmissionsledning, och spåren i vågledaren kan ses som parallella (parallella) admittanser. Vågledaren är kortsluten, så den ungefärliga kretsmodellen visas i figur 1:

162b41f3057440b5143f73195d68239

figur 2. Kretsmodell för slitsad vågledarantenn.

Den sista slitsen är ett avstånd "d" till änden (som är kortsluten, som visas i figur 2), och slitselementen är placerade ett avstånd "L" från varandra.

Spårets storlek ger en vägledning för våglängden. Styrvåglängden är våglängden inuti vågledaren. Styrvåglängden ( ) är en funktion av vågledarens bredd ("a") och den fria rymdvåglängden. För det dominerande TE01-läget är styrvåglängderna:

37259876edb11dc94e2d09b8f821e74
278a67f6ac476d62cfbc530d6b133c2

Avståndet mellan den sista slitsen och änden "d" väljs ofta till en kvarts våglängd. Det teoretiska tillståndet för transmissionsledningen, den nedåtriktade kortslutningsimpedanslinjen med kvarts våglängd, är öppen krets. Därför reduceras figur 2 till:

6a14b330573f76e29261f29ad7e19a9

bild 3. Modell av slitsad vågledarkrets med kvartsvåglängdstransformation.

Om parametern "L" väljs till en halv våglängd, ses den ingående ¾ ohmska impedansen vid ett halvt våglängdsavstånd z ohm. "L" är en anledning till att konstruktionen är ungefär en halv våglängd. Om vågledarspaltantennen är utformad på detta sätt kan alla spalter betraktas som parallella. Därför kan ingångsadmittansen och ingångsimpedansen för en "N"-elementsspaltad matris snabbt beräknas som:

029f3703538d59e328ce97a1a99fa53

Vågledarens ingångsimpedans är en funktion av spårimpedansen.

Observera att ovanstående designparametrar endast är giltiga vid en enda frekvens. Allt eftersom frekvensen fortsätter därifrån som vågledardesignen fungerar, kommer antennens prestanda att försämras. Som ett exempel på hur man tänker kring frekvensegenskaperna hos en slitsad vågledare visas mätningar av ett sampel som en funktion av frekvensen i S11. Vågledaren är konstruerad för att arbeta vid 10 GHz. Denna matas till koaxialmatningen längst ner, som visas i figur 4.

9

Figur 4. Den slitsade vågledarantennen matas av en koaxialmatning.

Det resulterande S-parameterdiagrammet visas nedan.

10

OBS: Antennen har ett mycket stort frekvensfall på S11 vid cirka 10 GHz. Detta visar att det mesta av strömförbrukningen utstrålas vid denna frekvens. Antennbandbredden (om definierad som S11 är mindre än -6 dB) går från cirka 9,7 GHz till 10,5 GHz, vilket ger en fraktionerad bandbredd på 8 %. Observera att det också finns en resonans runt 6,7 och 9,2 GHz. Under 6,5 GHz, under gränsvågledarfrekvensen, utstrålas nästan ingen energi. S-parameterdiagrammet som visas ovan ger en god uppfattning om vad bandbreddsslitsade vågledarfrekvensegenskaper liknar.

Det tredimensionella strålningsmönstret för en slitsad vågledare visas nedan (detta beräknades med hjälp av ett numeriskt elektromagnetiskt paket som kallas FEKO). Förstärkningen för denna antenn är cirka 17 dB.

11

Observera att i XZ-planet (H-planet) är strålbredden mycket smal (2–5 grader). I YZ-planet (eller E-planet) är strålbredden mycket större.

Produktintroduktion till slitsad vågledarantennserie:

 
 
 

RM-SWA910-22, 9-10 GHz


Publiceringstid: 5 januari 2024

Hämta produktdatablad