Проектирование волноводной антенны связывает полосу и моды, излучающий раскрыв, питание и проверку. Закрытый тракт передачи и антенна, излучающая в пространство, выполняют разные функции. Выбор меди или ширины 0,7λ сам по себе не завершает проект.
Задать излучение
Определите частотные границы, поляризацию, направление, покрытие, усиление и допустимые лепестки. Уточните, нужен самостоятельный излучатель или облучатель зеркала, открытый конец, рупор либо щелевая решётка.
Для облучателя важнее могут оказаться освещение края, spillover и фазовый центр, а не максимальное усиление. Требования должны описывать рабочие углы и всю полосу.
Рассчитать направляющую секцию
В воздушном прямоугольном волноводе с внутренними шириной a и высотой b, при a > b, основной обычно является TE10. Её отсечка fc = c/(2a); условие f > fc эквивалентно a > λ0/2.
Это условие распространения, а не универсальная оптимальная ширина. Проверьте высшие моды и рекомендуемую полосу. WR-90 с 22,86 × 10,16 мм имеет отсечку примерно 6,56 ГГц и обычный рабочий диапазон 8,2–12,4 ГГц.
Направляемая длина волны λg = λ0/√[1−(fc/f)²]. Для WR-90 на 10 ГГц это примерно 39,7 мм, а свободная длина волны — около 30 мм. Не подменяйте одну другой при размещении элементов.
Выбрать раскрыв, рупор или щели
Открытый конец излучает, но также отражает часть энергии. В рупоре расширение образует апертуру; длина и углы раскрыва влияют на фазовую ошибку. Увеличение входного размера без соответствующей длины не гарантирует пропорционального выигрыша.
Для щелевой решётки проектируют длины, ориентацию, смещения и связь щелей. Важны фазы питания, окончание и взаимное влияние. Шаг не равен свободной λ/2 для всех конструкций.
Первичная оценка площади
Для апертурной антенны G ≈ 4πηA/λ². При 10 ГГц, площади 0,10 × 0,08 м² и предполагаемой эффективности 0,60 получается около 18,3 дБи.
Это расчётный ориентир, а не гарантированное усиление любой такой детали. Эффективность зависит от распределения поля; диаграмму и поляризацию проверяют отдельно. Круглый раскрыв не создаёт круговую поляризацию без подходящего возбуждения.
Питание и модель
Задайте моды и опорные плоскости волноводного порта или коаксиального перехода. Включите значимые потери, соединения и окружающие конструкции. Проверьте сетку, порты и граничные условия.
Оптимизация только S11 способна улучшить согласование ценой неподходящего направления или эффективности. Оценивайте усиление, боковые лепестки и кросс-поляризацию в полосе.
Варьируйте производственные допуски и сборку. Номинальная геометрия, которая работает лишь при недостижимой точности, требует пересмотра.
Изготовление и измерение
Проверьте внутреннюю поверхность, заусенцы, стыки и соосность. Один процент чистоты меди не устанавливает общие потери. Покрытие и подслой выбирают с учётом проводимости, поверхности и среды.
VNA измеряет портовое согласование, а усиление и диаграмму — отдельная радиационная установка. Оценку дальней зоны R ≳ 2D²/λ для большой апертуры применяют с учётом геометрии площадки и требуемой погрешности.
Приёмка изделия
| Область | Проверка |
|---|---|
| RF | Полоса, отражение и плоскости. |
| Излучение | Усиление, поляризация и сечения диаграммы. |
| Механика | Раскрыв, длина, соединения и допуски. |
| Эксплуатация | Средняя и пиковая мощность, температура и монтаж. |
Малосигнальное измерение не подтверждает автоматически все мощностные и климатические пределы. См. волноводные соотношения, принципы рупоров и щелевых антенн.
