لتحقيق متطلبات زاوية الهوائي للمنتج الجديد، مع الاستفادة من قالب لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) من الجيل السابق، يمكن استخدام تصميم الهوائي التالي لتحقيق كسب هوائي قدره 14 ديسيبل عند 77 جيجاهرتز، وأداء إشعاعي قدره 3 ديسيبل E/H مع عرض حزمة 40 درجة. باستخدام لوحة Rogers 4830، بسماكة 0.127 مم، ومعامل عزل كهربائي (Dk) يساوي 3.25، ومعامل تشتت (Df) يساوي 0.0033.
تخطيط الهوائي
في الشكل أعلاه، يُستخدم هوائي شبكي ميكروستريب. يتكون هوائي مصفوفة الشبكة الميكروستريبية من عناصر إشعاعية وخطوط نقل متصلة على التوالي، تتألف من N حلقة ميكروستريبية. يتميز هذا الهوائي ببنية مدمجة، وكسب عالٍ، وسهولة التغذية، وسهولة التصنيع، وغيرها من المزايا. تعتمد طريقة الاستقطاب الرئيسية على الاستقطاب الخطي، وهو مشابه لهوائيات الميكروستريب التقليدية، ويمكن تصنيعه بتقنية الحفر. تحدد معاوقة الشبكة، وموقع التغذية، وبنية التوصيل البيني توزيع التيار عبر المصفوفة، وتعتمد خصائص الإشعاع على هندسة الشبكة. يُستخدم حجم شبكة واحد لتحديد التردد المركزي للهوائي.
منتجات سلسلة هوائيات مصفوفة RFMISO:
RM-PA7087-43
RM-PA1075145-32
RM-SWA910-22
RM-PA10145-30
تحليل المبادئ
يكون التيار المتدفق عموديًا في عنصر المصفوفة متساوي السعة وعكسي الاتجاه، وتكون قدرة الإشعاع ضعيفة، مما لا يؤثر بشكل كبير على أداء الهوائي. اضبط عرض الخلية (l1) على نصف الطول الموجي، واضبط ارتفاع الخلية (h) لتحقيق فرق طور مقداره 180° بين النقطتين a0 و b0. أما في حالة الإشعاع الجانبي، فيكون فرق الطور بين النقطتين a1 و b1 هو 0°.
بنية عناصر المصفوفة
هيكل التغذية
تستخدم الهوائيات الشبكية عادةً بنية تغذية محورية، حيث يتم توصيل وحدة التغذية بالجزء الخلفي من لوحة الدوائر المطبوعة، مما يستلزم تصميمها عبر طبقات متعددة. ونتيجةً لذلك، قد يحدث هامش خطأ في الدقة أثناء التصنيع، مما يؤثر على الأداء. ولتحقيق معلومات الطور الموضحة في الشكل أعلاه، يمكن استخدام بنية تغذية تفاضلية مستوية، مع تساوي سعة الإثارة عند المنفذين، ولكن بفارق طور مقداره 180 درجة.
هيكل التغذية المحوري[1]
تستخدم معظم هوائيات المصفوفة الشبكية ذات الشريط الميكروي التغذية المحورية. وتنقسم مواضع التغذية لهوائي المصفوفة الشبكية بشكل رئيسي إلى نوعين: التغذية المركزية (نقطة التغذية 1) والتغذية الطرفية (نقطة التغذية 2 ونقطة التغذية 3).
بنية مصفوفة الشبكة النموذجية
أثناء التغذية الطرفية، تنتشر موجات متحركة عبر كامل شبكة هوائي المصفوفة الشبكية، وهو عبارة عن مصفوفة غير رنانة أحادية الاتجاه ذات إشعاع طرفي. يمكن استخدام هوائي المصفوفة الشبكية كهوائي موجة متحركة وهوائي رنين. يتيح اختيار التردد المناسب ونقطة التغذية وحجم الشبكة تشغيل الشبكة في حالتين مختلفتين: الموجة المتحركة (مسح التردد) والرنين (انبعاث طرفي). كهوائي موجة متحركة، يعتمد هوائي المصفوفة الشبكية على شكل تغذية طرفية، حيث يكون الجانب القصير للشبكة أكبر بقليل من ثلث الطول الموجي الموجه، بينما يتراوح طول الجانب الطويل بين ضعفين وثلاثة أضعاف طول الجانب القصير. ينتقل التيار من الجانب القصير إلى الجانب الآخر، مما يُحدث فرقًا في الطور بين الجانبين القصيرين. تُشع هوائيات الشبكة ذات الموجة المتحركة (غير الرنانة) حزمًا مائلة تنحرف عن الاتجاه العمودي لمستوى الشبكة. يتغير اتجاه الحزمة بتغير التردد، ويمكن استخدامها لمسح التردد. عند استخدام هوائي المصفوفة الشبكية كهوائي رنيني، يُصمم الجانبان الطويل والقصير للشبكة بحيث يكون طولهما موجة موصلة تساوي طول الموجة المركزية ونصف طول الموجة المركزية على التوالي، ويُعتمد أسلوب التغذية المركزية. يُظهر التيار اللحظي لهوائي الشبكة في حالة الرنين توزيع موجة مستقرة. يتولد الإشعاع بشكل رئيسي من الجانبين القصيرين، بينما يعمل الجانبان الطويلان كخطوط نقل. يحقق هوائي الشبكة تأثير إشعاع أفضل، حيث يكون الإشعاع الأقصى في حالة الإشعاع على الجانب العريض، ويكون الاستقطاب موازيًا للجانب القصير للشبكة. عندما ينحرف التردد عن التردد المركزي المصمم، لا يعود طول الجانب القصير للشبكة نصف طول الموجة الموجهة، ويحدث انقسام في نمط الإشعاع. [2]
نموذج المصفوفة ونمطه ثلاثي الأبعاد
كما هو موضح في الشكل أعلاه لبنية الهوائي، حيث يكون P1 وP2 متعاكسين في الطور بمقدار 180 درجة، يمكن استخدام برنامج ADS للمحاكاة التخطيطية (غير الموضحة في هذه المقالة). من خلال تغذية منفذ التغذية بشكل تفاضلي، يمكن ملاحظة توزيع التيار على عنصر شبكي واحد، كما هو موضح في التحليل الأساسي. تكون التيارات في الوضع الطولي متعاكسة الاتجاه (إلغاء)، بينما تكون التيارات في الوضع العرضي متساوية في السعة ومتوافقة في الطور (تراكب).
التوزيع الحالي على أذرع مختلفة 1
التوزيع الحالي على الأذرع المختلفة 2
يُقدّم ما سبق نبذةً مختصرةً عن هوائي الشبكة، ويصمّم مصفوفةً باستخدام بنية تغذية ميكروستريب تعمل بتردد 77 جيجاهرتز. في الواقع، وفقًا لمتطلبات كشف الرادار، يمكن تقليل أو زيادة عدد عناصر الشبكة الرأسية والأفقية لتحقيق تصميم هوائي بزاوية محددة. إضافةً إلى ذلك، يمكن تعديل طول خط نقل الميكروستريب في شبكة التغذية التفاضلية لتحقيق فرق الطور المطلوب.
تاريخ النشر: 24 يناير 2024
