Электродинамический анализ двухзаходной спиральной антенны над плоским идеально проводящим экраном с прямолинейными границами

Постановка проблемы. Построение мобильных радиоэлектронных комплексов предполагает поиск технических решений по определению рациональных конструкций антенных систем, позволяющих обеспечить высокую надежность передачи-приема информации по радиоканалам при ограничениях на массогабаритные характеристики приемоизлучающих структур. Показатели пространственно-частотной избирательности аппаратуры следует определять при проявлении эффектов экранирования секторов рабочих углов несущими поверхностями и искажениях диаграмм направленности антенн вследствие дифракции электромагнитного поля на носителях. В интересах миниатюризации размеров внешнего оборудования эффективное применение в комплексах находят спиральные антенны, исполняемые по планарной технологии. Их конструктивные параметры определяются на основе анализа взаимосвязей с направленными свойствами с использованием электродинамических моделей приемоизлучающих структур, расположенных вблизи экранов, соответствующих фрагментам корпусов носителей.

Цель. Исследовать закономерности изменения диаграммы направленности двухзаходной спиральной антенны при различных параметрах ее конструкции и размерах подстилающего идеально проводящего плоского экрана.

Результаты. С использованием интегральных уравнений для эквивалентных осевых токов криволинейных идеальных проводников в приближении проволочной конструкции и поверхностных токов идеально проводящей бесконечно тонкой пластины с прямолинейными границами проведен электродинамический анализ двухзаходной спиральной антенны над экраном прямоугольной формы. Отмечено, что для учета электромагнитных связей в антенне и электромагнитного взаимодействия с экраном через вторичное излучение при постановке краевой задачи граничные условия применялись к суперпозиции электрических полей спиралей и пластины на поверхностях указанных элементов. По результатам численного решения интегральных уравнений, полученного в виде последовательностей кусочно-постоянных базисных функций с весовыми коэффициентами, равными значениям комплексных амплитуд токов в точках дискретизации спиралей и экрана, найдены диаграммы направленности двухзаходной спиральной антенны. Исследованы закономерности изменения направленных свойств антенны при различных параметрах ее конструкции и размерах идеально проводящей пластины. Показано, что наличие подстилающей поверхности приводит к возрастанию уровня боковых лепестков диаграммы направленности антенны относительно значений, характерных для свободного пространства, а в ряде случаев – к развалу главного луча вследствие нарушения амплитудно-фазового распределения токов спиралей, соответствующего закону бегущей волны.

Практическая значимость. На основе электродинамического анализа двухзаходной спиральной антенны над идеально проводящим экраном установлены взаимосвязи ее диаграммы направленности с параметрами конструкции и размерами несущей поверхности. Полученные результаты позволяют обосновывать технический облик антенны для достижения показателей пространственно-частотной избирательности передачи-приема сигналов согласно требованиям, обеспечивающим выполнение целевых функций мобильных радиоэлектронных комплексов.