гармоники Ran должно быть меньше, чем сопротивление Ra на рабочей частоте. Из теории линейных слабонаправленных антенн известно, что зависимость сопротивления излучения от электрической длины антенны имеет вид многоэкстремальной функции, причем с увеличением длины антенны 1/К каждый последующий минимум больше предыдущего. Следовательно, в силу физических свойств излучателей условие Ran<CRa труднореализуемо. Таким образом, интегральная структура, состоящая из непосредственно соединенных такого излучателя и АП, обладает ограниченными возможностями по фильтрации гармоник. В подтверждение сказанного достаточно рассмотреть совместно с нагрузочными характеристиками частотную зависимость полного входного сопротивления описанного выше Г-образного излучателя (см. рис. 4.9, 4.10). Из приведенных данных следует, что с помощью исследованного излучателя можно достигнуть оптимального согласования на частоте 1,025 ГГц, при этом коэффициент фильтрации второй гармоники равен - 29 дБ.

Частотная характеристика зaвиcимocти коэффициента фильтрации второй гармоники Кпа АУМ с Г-образным излучателем приведена в табл. 4.2, для других исследованных АУМ пределы изменения Кпа указаны в табл. 4.1.

Таблица 4.2 Частотная зависимость К а АУМ с Г-образным излучателем

(4.1)

В табл. 4.1, 4.2 под Кпа понимается величина

/Cn -ioig-=ioig

где Ри - мощность излучения АУМ на частоте гармоники fi; fni - рабочая частота и соответствующая ей частота п-й гармоники; г\а - КПД излучателя.

Проведенные исследования коэффициента фильтрации АУМ показали, что при непосредственном соединении излучателя и АП достижимо значение Кпа около -(20-30) дБ. Этот результат удовлетворяет требованиям к уровню внеполосных излучений лишь передатчиков портативной аппаратуры мощностью до 5 Вт. То есть при разработке АУМ более мощных передатчиков необходимо использовать СТЦ с дополнительными фильтрующими элементами, включенными каскадно или параллельно. Одна из схем АУМ, реализующая значительное подавление внеполосных излуче-

АУМ мощность составляет 0,2 Вт при коэффициенте фильтрации второй гармоники - 25 дБ.

Приведенные в данном параграфе результаты полностью не отвечают на вопрос о функциональных возможностях АУМ, но они подтверждают целесообразность дальнейших исследований в области активных передающих антенн с целью создания малогабаритных и эффективных антенн, удовлетворяющих современным требованиям практики.

Рис. 4.14. Принципиальная электрическая схема АУМ метрового диапазона воли

Рис. 4.15. Общий вид АУМ метрового диапазона волн:

/- излучатель; 2- плата усилителя; 3- тран-8hct0p; 4 - СВЧ разъем; Я, 6 - боковая и нижняя стенки корпуса

4.2. РАСЧЕТ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АУМ

Одним из этапов проектирования АУМ, как указано в гл. 1, является анализ параметров синтезированной схемы, основанный на расчете частотных характеристик (ЧХ) энергетических параметров АУМ и определении степени соответствия достигнутых характеристик заданным. При выполнении указанных вычислений исходными данными являются величины всех элементов эквивалентной схемы АП, согласующих цепей и геометрические размеры излучателя, а также диапазон частот и мощность генератора возбуждения Рво-

Используя результаты, изложенные в предыдущих главах, можно определить следующий порядок расчета энергетических параметров слабонаправленных АУМ.

1. Вычисляются ДН, полное входное сопротивление и КПД излучателя Т1а по заданным геометрическим размерам.

2. Считая, что нагрузкой СТЦ2 (см. рис. 1.2) является полное входное сопротивление излучателя, рассчитывается эквивалентное полное входное сопротивление нагрузки Zi АП. Одновременно в предположении согласования выходного сопротивления транзистора на частоте первой гармоники с полным входным сопротивлением Z i определяется и КПД СТЦ2 г] стц2-

3. Рассчитывается входное сопротивление Zr СТЦ1, нагруженного на полное входное сопротивление генератора возбуждения Zr. Затем в предположении Z*bxi=Zr вычисляется КПД СТЦ1 Тстц1> с помощью которого определяется мощность эквивалентного генератора, возбуждающего транзистор: Рв = Рвог]стц1-

4. При выполнении пп. 1-3 дальнейший расчет параметров АУМ сводится к вычислению по приведенным в гл. 2 соотношениям параметров усилителя мощности с заданными полными входными сопротивлениями генератора возбуждения п нагрузки при уровне возбуждения Рв. В результате определяются величины Phi, Рнп, 111 а затем рассчитываются энергетические параметры АУМ: мощность излучения на частоте первой гармоники Р, КПД т]а.8 и коэффициент фильтрации гармоник Кпа. Очевидно, что

Ps = Phi ЧстЦ2 TlaJ .а = Р/Ро Па Лстц 2

(4.2); (4.3)

Рассмотрим теперь более подробно алгоритм расчета входных сопротивлений и КПД согласующих цепей АУМ с помощью ЭВМ. В согласующе-трансформирующих цепях АУМ используются элементы как с распределенными, так и с сосредоточенными параметрами, причем последние применяются на частотах до 2 ГГц. Кроме того, СТЦ АУМ имеют различную структуру. Из сказанного следует, что алгоритм анализа частотных характеристик СТЦ должен удовлетворять не только общим требованиям к быстродействию и объему оперативной памяти ЭВМ, но и требованию универсальности, т. е. должен позволять рассчитывать цепи согласования различной структуры как на элементах с сосредоточенными, так и распределенными параметрами.

Ниже излагается алгоритм, позволяющий рассчитать входное сопротивление и коэффициент передачи СТЦ АУМ, реализованных на диссипативных L-, С-элементах и отрезках несимметричной полосковой линии. При его создании учитывалось, что подавляющее большинство СТЦ АУМ может быть представлено в виде каскадного соединения N простых (элементарных) диссипативных четырехполюсников (рис. 4.16). Для каждого t-ro четырехполюсника легко определить элементы матрицы А, что позволяет при-

Рис. 4.16. Представление СТЦ в виде каскадно соединенных элементарных четырех полюсников:

Zt и Zb-согласуемые полные сопротивления

Ё