Способ компенсации неоднородностей поверхностного импеданса
Владельцы патента RU 2570598:
Открытое акционерное общество "Омский научно-исследовательский институт приборостроения" (ОАО "ОНИИП") (RU)
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритных антеннах для ведения радиосвязи, навигации. От реализации заявленного изобретения достигается такой технический результат, как обеспечение компенсации отражений электромагнитной волны от неоднородностей типа короткого замыкания поверхностного импеданса антенны в полосе перекрытия 1:20. Предложенный способ компенсации неоднородностей поверхностного импеданса антенны включает в себя операции размещения на излучателе антенны элементов линии распределенного импеданса, при этом в качестве элементов линии распределенного импеданса используют резистивные элементы, располагая их на излучателе антенны через равные отрезки, величина которых рассчитывается исходя из определенного соотношения, на основании величин резистивного сопротивления, являющихся эквивалентами импедансам холостого хода и короткого замыкания хода, и уровня согласования. 1 ил.
Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в малогабаритных антеннах для ведения радиосвязи, навигации.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ [1], включающий операции согласования импеданса нагрузки, состоящего из сопротивления, шунтированного емкостью, с помощью конечного числа согласующих импедансных цепей, включающих в свой состав последовательно соединенные индуктивности и параллельно соединенные емкости.
Недостатком способа-прототипа является сравнительно узкий диапазон частот, в котором может быть достигнут приемлемый уровень согласования в связи с фундаментальными ограничениями полосы согласования импедансов посредством реактивных цепей.
Задача изобретения - обеспечение компенсации отражений электромагнитной волны от неоднородностей типа короткого замыкания поверхностного импеданса антенны в полосе перекрытия 1:20.
Поставленная задача достигается тем, что в способе компенсации неоднородностей поверхностного импеданса антенны, включающем операции размещения на излучателе антенны элементов линии распределенного импеданса, согласно изобретению, в качестве элементов линии распределенного импеданса используют резистивные элементы, располагая их на излучателе антенны через равные отрезки, при этом величину каждого резистивного элемента выбирают из соотношения:
где R(l,A) - величина резистивного элемента, расположенного на удалении l от начала линии распределенного импеданса длиной L; Rкз - величины резистивного сопротивления, являющиеся эквивалентами импедансам холостого хода (большое значение величины резистивного сопротивления) и короткого замыкания хода (малое значение величины резистивного сопротивления) соответственно; Г - уровень согласования Г=|(Rкз-Rхх)/(Rкз+Rхх)|; A - величина, равная отношению уровня согласования Г к максимальному заданному уровню согласования Гmax; φ(l,A) - функция, выраженная соотношением:
где I1(x) - модифицированная функция Бесселя первого рода, при этом количество резистивных элементов выбирают таким, чтобы при аппроксимации функции распределения величины резистивных элементов R(l,A) набором резистивных элементов, квадрат разности номинала резистивного элемента на расстоянии l от начала линии распределенного импеданса и значения функции R(l,A) был наименьшим.
На фигуре представлен график функции распределения величины резистивного элемента (в Ом) в зависимости от положения резистивного элемента вдоль длины линии распределенного импеданса (общей протяженностью в 0.02λ, где λ - наибольшая длина волны рабочего диапазона), один конец которой контактирует с неоднородностью поверхностного импеданса антенны, другой конец нагружен на волновое сопротивление антенны.
Предлагаемый способ работает следующим образом. Компенсирующая отражения от неоднородностей типа короткого замыкания поверхностного импеданса антенны линия распределенного импеданса содержит резистивные элементы, равномерно распределенные по ее длине при этом величину каждого резистивного элемента выбирают из соотношения:
где R(l,A) - величина резистивного элемента, расположенного на удалении l от начала линии распределенного импеданса длиной L; Rхх, Rкз - величины резистивного сопротивления, являющиеся эквивалентами импедансам холостого хода (большое значение величины резистивного сопротивления) и короткого замыкания хода (малое значение величины резистивного сопротивления) соответственно; Г - уровень согласования Г=|(Rкз-Rхх)/(Rкз+Rхх)|; A - величина, равная отношению уровня согласования Г к максимальному заданному уровню согласования Гmax; φ(l,A) - функция, выраженная соотношением:
где I1(x) - модифицированная функция Бесселя первого рода.
Вид функции R(l,A) может быть иным, обеспечивающим плавный переход от величины резистивного сопротивления, являющегося эквивалентом короткого замыкания (соответствует малому значению величины резистивного сопротивления) к величине резистивного сопротивления, являющегося эквивалентом холостого хода (соответствует большому значению величины резистивного сопротивления).
Количество резистивных элементов выбирается исходя из величины подводимой в антенне мощности и определяется таким, чтобы при аппроксимации функции распределения величины резистивных элементов R(l,A) набором резистивных элементов квадрат разности номинала резистивного элемента на расстоянии l от начала линии распределенного импеданса и значения функции R(l,A) был наименьшим. Элементы линии распределенного импеданса разбивают ее на отрезки, причем ближайший к неоднородности отрезок одним своим концом контактирует с неоднородностью поверхностного импеданса (типа короткого замыкания) антенны, другой его конец нагружен на резистивный элемент линии распределенного импеданса с наименьшим номиналом. Таким образом, следующий по порядку отрезок линии распределенного импеданса одним своим концом, ближайшим к неоднородности, нагружен на параллельно соединенные резистивную нагрузку и реактивную нагрузку отрезка линии с короткозамыкающей перемычкой на конце. Каждый отрезок линии между двумя резистивными элементами осуществляет трансформацию импеданса от одного своего конца к другому, согласно соотношению:
где W - волновое сопротивление антенны; θ - электрическая длина отрезка линии распределенного импеданса; Z1, Z2 - импедансные нагрузки на одном и другом конце линии распределенного импеданса соответственно.
Таким образом, ближайший к неоднородности конец последующего отрезка линии оказывается нагруженным на параллельно включенные, странсформированные предыдущим отрезком линии, импеданс и резистивный элемент линии распределенного импеданса. Наиболее удаленный от неоднородностей отрезок линии одним своим концом нагружен на параллельно включенные, странсформированные предыдущим отрезком линии, импеданс и резистивный элемент линии распределенного импеданса, другим же своим концом нагружен на поверхностный импеданс антенны. Номинал резистивных нагрузок плавно повышается вдоль длины импедансной линии в направлении от короткозамкнутого конца, что обеспечивает наилучшее согласование поверхностного импеданса антенны с неоднородностью типа короткозамкнутой перемычки.
Источники информации
1. Фано Р.М. «Теоретические ограничения полосы согласования произвольных импедансов». - М.: Советское радио, 1965 - 72 с.
Способ компенсации неоднородностей поверхностного импеданса антенны, включающий операции размещения на излучателе антенны элементов линии распределенного импеданса, отличающийся тем, что в качестве элементов линии распределенного импеданса используют резистивные элементы, располагая их на излучателе антенны через равные отрезки, при этом величину каждого резистивного элемента выбирают из соотношения:
,
где R(l, А) - величина резистивного элемента, расположенного на удалении l от начала линии распределенного импеданса длиной L; Rxx, Rкз - величины резистивного сопротивления, являющиеся эквивалентами импедансам холостого хода (большое значение величины резистивного сопротивления) и короткого замыкания хода (малое значение величины резистивного сопротивления) соответственно; Г - уровень согласования 
; А - величина, равная отношению уровня согласования Г к максимальному заданному уровню согласования Гmax; φ(l, А) - функция, выраженная соотношением:
,
где I1(х) - модифицированная функция Бесселя первого рода, при этом количество резистивных элементов выбирают таким, чтобы при аппроксимации функции распределения величины резистивных элементов R(l, А) набором резистивных элементов квадрат разности номинала резистивного элемента на расстоянии l от начала линии распределенного импеданса и значения функции R(l, А) был наименьшим.
