Мобильный офис с антенной решеткой стандарта GSM-900 (стр. 12 из 19)
Длина волны:
Волновое число:
Размер ‘a’ примем равным
Длина волны в диэлектрике:
Длину излучателя найдем из условия резонанса:
Входное сопротивление излучателя найдем для y0=0 из соотношения:
(3.3)Ширину линии питания (w) определим по методике, т.к.
, что больше чем 132, то 
(3.4) 
(3.5) 3.3.3 Расчет геометрических размеров решетки и числа излучателей
Рис. 3.6 Геометрия излучателей.
Выбор размера антенны произведем из площади антенны S, необходимой для обеспечения заданного коэффициента усиления
: 
(3.6)Отсюда делаем вывод, что минимальное число излучателей, необходимый для реализации заданного коэффициента усиления: m=2, n=2.
Учитывая то, что схема питания элементов последовательно-параллельная, расстояние между элементами равно
а учитывая размеры элементов получаем расстояние между осевыми излучателей:
dx=dy=0.23 м
3.4 Расчет ДН АР
3.4.1 Диаграмма направленности одиночного элемента
Рассчитаем и построим диаграмму направленности одиночного элемента по формуле (3.7):
(3.7)
Рис. 3.7 ДН МП резонатора в вертикальной плоскости
Ширина диаграммы по уровню -3 дБ = 70 град.
Рис. 3.8 ДН МП резонатора в горизонтальной плоскости
Ширина диаграммы по уровню -3 дБ = 68 град.
3.4.2 Расчет ДН АР для центральной частоты 925 МГц
ДН АР определяется формулой
(3.8)где F1 – ДН одиночного излучателя см (х.х)
Fp – множитель решетки
(3.9)Где
(3.10) 
Рис. 3.9 ДН АР в вертикальной плоскости
Рис. 3.10 ДН АР в горизонтальной плоскости
3.4.3 Расчет коэффициента усиления
(3.11)Коэффициент использования поверхности взят равным единице.
3.5 Результаты расчетов
В результате расчетов были получены следующие параметры проектируемой антенны:
· Тип антенны – МПА
· Схема питания – параллельно-последовательная
· Количество излучателей в вертикальной плоскости – 2
· Колличество излучателей в горизонтальной плоскости – 2
· Размеры излучателя – 139мм х 139мм
· Ширина ДН в вертикальной плоскости - 36°
· Ширина ДН в горизонтальной плоскости - 36°
· Высота подвеса излучателей над экраном – 9.4 мм
3.6 Изготовление лабораторного образца АР
Для изготовления лабораторного образца использовался фольгированный двухсторонний стеклотекстолит. Толщина диэлектрика 1 мм. При изготовлении излучателей был использован тот же стеклотекстолит, у которого с одной из сторон был удален слой фольги. В качестве опор под излучетели, для создания воздушной прослойки, был использован пенопласт. Соединение излучателей, пенопласта и экрана между собой осуществлялось клеем "Момент". Линия питания была вырезана из медной фольги.
После первого подключения антенны к измерительным приборам выяснилось, что реально нижний диапазон излучения антенны не совпадает с заданным. Для уменьшения нижней частоты к углам излучателей были припаяны реактивные элементы емкостного характера.
Для изготовления "корпуса" антенны использовался нефольгированный стеклотекстолит, который был закреплен к экрану антенны на подставках, и пенопласт, для закрытия отверстий по боковому периметру антенны.
После ряда тестовых включений и измерений КСВ был подобран питающий шлейф из медной проволки диаметром _____, сопротивление которой можно рассчитать по формуле ______________.
3.7. Экспериментальные исследования лабораторного образца АР.
3.7.1 Измерение ДН.
Для измерения ЛН использовались приборы, блок-схема включения которых представленна на рис. 3.11
Рис. 3.11 Блок-схема установки для измерения ДН
На высокочастотном генераторе задавалась необходимая рабочая частота, на которую также настраивался измерительный приемник. Далее, антенна, расположенная на поворотном устройстве, располагается напротив приемной антенны, и путем вращения поворотного устройства с исследуемой антенной, производилось снятие зависимости показаний измерительного приемника от угла поворота. Результаты измерений сведены в таблице 3.1 и представленны графически в приложении 1.
Таблица 3.1.
| Частота - 890 МГц; Плоскость вектора Е | |||||||||||||||||||
| Угол,° | -90 | -80 | -70 | -60 | -50 | -40 | -35 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Um | 20 | 50 | 20 | 350 | 8 | 16 | 40 | 2 | |||||||||||
| Частота - 925 МГц; Плоскость вектора Е | |||||||||||||||||||
| Угол,° | -90 | -80 | -70 | -65 | -55 | -40 | -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | 35 | 45 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Um | 3 | 6 | 4 | 3 | 16 | 40 | 70 | 100 | 80 | 50 | 14 | 4 | 8 | 4 | |||||
| Частота - 960 МГц; Плоскость вектора Е | |||||||||||||||||||
| Угол,° | -90 | -80 | -70 | -60 | -50 | -40 | -35 | -20 | -10 | 0 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Um | 15 | 60 | 80 | 10 | 250 | 400 | 300 | 60 | 10 | 40 | 20 | ||||||||
| Частота - 890 МГц; Плоскость вектора Н | |||||||||||||||||||
| Угол,° | -90 | -80 | -70 | -60 | -50 | -40 | -35 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Um | 3 | 4 | 2 | 11 | 33 | 40 | 46 | 37 | 26 | 10 | 3 | 4 | 6 | ||||||
| Частота - 925 МГц; Плоскость вектора Н | |||||||||||||||||||
| Угол,° | -90 | -80 | -70 | -60 | -50 | -40 | -30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Um | 6 | 6 | 12 | 10 | 4 | 2 | 14 | 50 | 86 | 90 | 84 | 53 | 17 | 2 | 6 | 14 | 9 | 7 | 6 |
| Частота - 960 МГц; Плоскость вектора Н | |||||||||||||||||||
| Угол,° | -90 | -80 | -70 | -65 | -50 | -45 | -35 | -30 | -15 | 0 | 15 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| Um | 4 | 6 | 3 | 6 | 18 | 40 | 52 | 42 | 30 | 20 | 4 | 8 | 4 | 4 | |||||
3.7.2 Измерение КСВ
Для измерения КСВ исследуемой антенны использовались следующие приборы:
· индикатор КСВН и ослабления
· генератор качающейся частоты
· широкополосный направленный ответвитель (2 шт.)
Схема измерения приведена на рис. 3.12.
Рис. 3.12 Блок-схема измерения КСВ
Данная установка, позволяют выводить на экран зависимость КСВ антенны от частоты.
Генератор качающейся частоты выдает СВЧ сигнал, который поступает на направленные ответвители мощности. Первый НО обеспечивает выделение части мощности падающей от генератора, которая поступает на соответствующий вход индикатора КСВН. Второй НО обеспечивает выделение части мощности отраженной от антенны. Таким образом, на индикатор поступают сигналы, пропорциональные падающей и отраженной волнам, посредством которых и вычисляется КСВ.
Так как с ГКЧ подается сигнал с изменяющейся частотой, то мы можем наблюдать на индикаторе изменение КСВ в диапазоне частот. Это позволяет обеспечить контроль работоспособности проектируемой антенны в заданной полосе частот, и , если необходимо, произвести согласование.
Согласованность антенны с фидером обеспечивает передачу всей мощности непосредственно в антенну. Это происходит при равенстве входного сопротивления антенны и характеристического сопротивления линии передачи. Если по какой-то причине эти сопротивления не равны, то часть мощности отражается от антенны. Потери при рассогласовании характеризуются коэффициентом стоячих волн – КСВ, который равен:
(3.12)где Г – коэффициент отражения.
В задании на дипломное проктирование сказано, что КСВ должен быть меньше или равен 2.
Согласование производилось экспериментально-расчетным путем вводя в линию неоднородности, которые создавали дополнительную отраженную волну, которая имеет такуюже амплитуду, что и волна отраженная от нагрузки, но сдвинутая по фазе на 180º.