全球合成方法优化电磁带隙天线多点

文摘

提出一种新颖的技术,合成一个给定电磁带隙天线辐射模式从一个数组饲料。输入波的方法确定最优设置和输入阻抗饲料港口为了执行同时辐射模式和阻抗匹配的所有形式的辐射探测器阵列饲料。通过数值方法验证电磁带隙天线设计的兴奋与四个贴片天线。结构设计与一个叶扫描辐射E-plane。每个补丁之间的交互与中科电磁带隙谐振器内具有多工作站系统软件。最优权重和输入阻抗,同时执行目标辐射和喂养的匹配计算了港口开发全球合成方法。提要网络与安捷伦广告设计软件为了执行指定的重量和阻抗匹配。

1。介绍

电磁带隙)电磁带隙(天线被广泛研究在过去的十年里。他们的功能原理是漏波天线1- - - - - -4]。部分反射墙(PRW),电磁带隙材料(一个5- - - - - -7),或频率选择表面(FSS) (8- - - - - -11),例如,上面是一个金属地平面,以建立一个平面波导。第一个电磁波导模式可以通过PRW辐射,而其相速度大于光的,换句话说,当工作频率接近截止波导的模式。这个漏水的模式是兴奋与辐射提要(如贴片天线)或一组多个提要(像一个小天线阵列(12- - - - - -17])。由此产生的电磁带隙结构的辐射模式取决于辐射的提要。电磁带隙与提要阵列天线的激励是有用的在接下来的两个原因:

(我)几种饲料可以分布在PRW提高方向性不减少带宽(12];源之间的距离可以扩大超出1/2波长电磁带隙材料,因为是有效降低光栅叶(13];因此,它相对容易达到高方向性与几个探测器;这可以简化馈电网络的设计;(2)提要的阵列天线可以用来选择一个操纵角;电磁带隙PRW不同源的辐射下钢筋在所需的方向和抑制干扰的方向,电磁带隙结构,目的是提高获得在这个期望的方向14- - - - - -17]。电磁带隙谐振器数组的功能饲料的似乎不同于通常的相控阵天线的功能(18- - - - - -21]。从地平面之间的辐射探测谎言和PRW波导模式相互作用强烈。因此,他们的输入阻抗不同于初始阻抗发现没有PRW,相互耦合可能没有PRW十倍。此外,他们强烈的辐射模式的电磁带隙谐振器和其他人互动与附近的探针。如果没有在乎被设计时,强烈的相互耦合探针会损害提要的功能网络。

因此,必须使用严格的技术来设计电磁带隙天线的阵列饲料。这是部分中描述2的纸。目标是实现同时客观的辐射模式和更大的辐射效率系统由电磁带隙天线及其饲料多点网络。

节3技术,通过数值研究四个补丁天线电磁带隙结构的兴奋。电磁带隙天线设计整个辐射的方向在E-plane [4]。

2。描述全球合成方法

本节解释的方法用于设计一个电磁带隙天线组成的一个数组多点提要和提要网络。问题是该提要网络的优化考虑输出端口之间的强耦合数组的饲料。设计技术是分为四个步骤。(1)需要一个全波分析方法(例如,CST微波工作室)描述每个探测电磁带隙谐振器内部之间的交互。在这个分析中,每个辐射探测器先后以谋取天线的提供年代矩阵和每个探头的辐射模式。(2)合成了目标辐射模式的线性组合探头的辐射模式。(3)最优输入阻抗和权重,同时执行所有探测的目标辐射和匹配计算了考虑辐射探测器之间的强烈的相互作用。(4)最后,提要网络可以被设计来满足这些规范。

2.1。全波电磁带隙天线的分析

这第一步是一个电磁带隙与阵列天线的全波分析饲料。在这个分析中,数组的每个探测饲料被连接到一个端口来描述电磁带隙结构探针和之间的交互。端口的阻抗是注释Zg。探测器先后提供规范化的入射波一个为了提取自己的辐射模式称为“活性元素模式”(20.)和散射矩阵(Sc]。活跃的元素模式()是向量包含电磁场()。

2.2。合成的目标辐射模式

目标辐射模式必须适应一个不同的“活性元素的线性组合模式。“这第二步由找到复杂的线性组合系数(或重量)。目标辐射模式()可以有效地形成结合数组电磁带隙材料因素的传递函数(15- - - - - -17]。这是由线性组合(1)。系数元素的权重向量。常见的矩阵左部(由高斯消去法计算)可以用来推断的最佳组合N辐射模式(向量):

2.3。馈电网络的规范的定义

全球合成方法提供的港口。目的是优化辐射效率,同时保持了客观的辐射功能。这些规范是规范化的入射波和输入阻抗必须连接到每个端口的电磁带隙天线多点。

图1是一个辐射探测器阵列的示意图表示提要。它是连接到一个Zg_我阻抗端口。在这个图中,泽_我调查的固有阻抗,即时通讯_我电流产生的相互耦合与其他辐射探测器。每个探针的电流和电压是评估。根据叠加原理,驱动电压必须激发每个探测器,源于(2)。让我们注意到这个方程考虑了相互之间的耦合探针: 向量和向量(Zg分别是海浪用于供应期间每个探测电磁带隙结构的电磁分析(第一步)和端口的阻抗。

推导出电流进入端口(3):

至于电流,输入阻抗取决于耦合矩阵Sc和供应探测器所需的电压。他们是扫描阻抗矩阵的元素这是由(6): 根据(3)和(4),(5)成为

2.4。馈电网络的设计

为了最大化的辐射效率,港口的提要网络必须匹配阻抗。每个端口”我“提要网络必须激发电磁带隙天线端口的入射波与指定的关系(7),因为阻抗实现只有当关系(2)是实现:

当这些条件(6),(7)将由提要端口,实现耦合功率不打扰提要网络的功能。所以,整个探测器传输入射功率,辐射效率最大化和权重向量()实现。

3所示。数值验证

在本节中,证明是多么有用和高效的全球电磁带隙天线在设计合成方法。为此,下面的研究将集中在电磁带隙天线漏波的设计由四个辐射兴奋补丁。

PRW是2.466 ?毫米厚铝板介电常数为9.4。是15.0吗?毫米地面飞机。电磁带隙结构的设计是为了提高方向性的方向在频率? GHz (4,15- - - - - -17]。电磁带隙天线全球维度?毫米,毫米。天线被广泛的为了忽略边缘效应。被组织成一个四个补丁数组(图2),间隔13.2吗?毫米()。他们是印在0.5吗?毫米厚的聚四氟乙烯()衬底。生成的微带馈电网络权重和补丁的复共轭阻抗不能干扰天线。我们选择打印在天线地平面上另一个聚四氟乙烯基质。四个50吗?O同轴转换钻到地平面,用于连接微带贴片天线(图港口3)。

电磁带隙天线评估的能力和一个叶的方向辐射最初是由所述的分析方法(4,8,15- - - - - -17]。这种分析提供了一个理论辐射模式,可以构成目标()。电磁带隙空间滤波器,提高了辐射近的不管方向角(4,14- - - - - -17]。补丁数组然后加权为了消除辐射在相反的方向(或)。电磁带隙天线的辐射方向图多点电磁带隙空间滤波函数估计用贴片阵列辐射模式。贴片阵列辐射模式,空间滤波函数,和他们的产品是绘制在图4。应用补丁的重量,为了获得目标辐射,都写在桌子上1。只有两个权重表中出现,因为结构是对称的。它应该被强调,这些结果是近似的,因为分析认为无限电磁带隙结构维度和贴片天线不相互干扰。辐射模式黑色实线,如图所示4可以用作目标辐射模式吗(1)。


权重	补丁1	片2

级	1	1
阶段	0^°	90年^°

在下一步中,我们使用CST微波工作室实现电磁带隙结构的全波分析。由于对称性,只提供两个补丁中四个连续为了获得自己的辐射模式。这些“有源元件模式”是绘制在图5。根据(1),重量和推导和用表吗2。因此,图6指出目标辐射模式之间的相似之处和活性元素的线性组合模式的加权系数和。


	(补丁1)	(补丁2)

级	1	0.585
阶段	0^°	73年^°

图7显示了补丁的散射矩阵数组(右)和没有(左)PRW飞机离地面。比较表明,斑块之间的相互耦合显著增加(大约10 ? dB)电磁带隙结构的相互作用。这些交互时不应省略连接数组饲料与饲料网络。

(一)

(b)

最优权值和输入阻抗,同时执行目标辐射和匹配的所有港口可以计算。的驱动电压的阻抗,重量获得(5),(6)和(7),散射矩阵和。他们如表所示3。尽管似乎贴片天线匹配到50 ?当他们先后美联储(图7),优化效率的阻抗是强烈的相互耦合影响。他们有很大的不同从50 ? O。


权重		补丁1	片2

电压	级	1	0.7263
	阶段	0^°	50.3^°

阻抗		jΩ	jΩ

	级	0.876	0.482
	阶段	0^°	106年^°

微带馈电网络的设计是由安捷伦广告(动量)软件为了执行指定的重量和阻抗匹配全球合成方法(表3)。当设计提要网络端口的阻抗等于阻抗。由于磁对称,只有一只胳膊的网络(图所示8)。

我们考虑两个验证与中科全球设计。首先,电磁带隙天线馈电网络的散射矩阵和数字联系在一起。辐射模式和回波损耗计算。这些结果与整个结构模拟。整个全波仿真、电磁带隙天线馈电网络和网状下是一个独特的计算量。图9情节E-plane辐射模式。两个验证(整个结构模拟和S矩阵连接)与目标活性元素的线性组合模式。很明显,这两个验证同意与目标辐射模式。我们可以注意到一个小差异向后方向整个结构模拟。这可能是由于饲料的直接辐射网络。回波损耗是绘制在图10。水平低于-25 ?数据库优化频率(11.35 GHz)两个验证和保持低于-15吗?数据库在一个宽的频率乐队。

数值验证表明:辐射模式成功地合成以及每个端口的阻抗匹配。通过我们的结果的精度,我们表明,该方法是非常有效的合成一个给定电磁带隙天线辐射模式从一个数组与饲料。

4所示。结论

本文演示了使用全局的实用性和效率合成方法在设计电磁带隙天线饲料一个数组。在这种结构中,辐射探测器电磁带隙材料强烈相互作用和。耦合波的强度可能损害一个提要的功能网络如果没有在乎。全球合成方法提供了输入阻抗和输入波的权重优化天线的效率,而客观的辐射模式完成。总之,提要网络可以被设计与动力,而使用端口阻抗作为优化电磁带隙天线阵列饲料的阻抗。

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