СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2012

В ВЕДЕНИЕ На приёмную антенну системы гло бальногопозиционирования ГЛОНАСС, наряду с полезнымисигналамиспутни ков, действуют различные поля естест венногоиискусственногопроисхожде ния. Кроме этого, антенна генерирует тепловойшум. При оценке свойств антенного трак та должны быть учтены все источники случайныхфлуктуаций, поскольку они влияют на такую обобщённую харак теристику, как эффективная темпера ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 50 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2012 тура антенны [1]. Последняя зависит от диаграммы направленности и теп ловых потерь в антенне. Стандартные измерительные при боры измеряют коэффициент шума, который является наиболее универ сальной и широко распространён ной характеристикой для сравне ния шумовых свойств систем и уст ройств. В измерителе коэффициен та шума на входе испытуемого че тырёхполюсника устанавливается калиброванный генератор шума (шу мовая трубка). Тогда измеритель ко эффициента шума рассчитывает зна чение: , (1) где Р ш.вых – мощность шума на выхо де при воздействии всех источников шума, Р ш.г.вых – мощность шума на вы ходе, определяемая только мощ ностью генератора шума на входе (при идеализации четырёхполюс ника). Выражение для коэффициента шу ма четырёхполюсника [2], достигаемое при коэффициенте отражения на вхо де Г Г , имеет вид: , , (2) где К ш.мин – минимальный коэффици ент шума, достигаемый при оптималь ном коэффициенте отражения на вхо де Г опт , r n – шумовое сопротивление. Из выражения (2) видно, что коэф фициент шума активной антенны, со стоящей из антенны и усилителя, за висит от степени согласования между ними [3, 4]. Антенна, как пассивная, так и с уси лителем в её составе, является двух полюсником (однопортовой схемой). Поэтому для тестирования активной антенны как четырёхполюсника (двух портовой структуры) необходимо соз дать измерительную систему с двумя антеннами, т.е. установить рупорную антенну напротив тестируемой антен ны (см. рис. 1). Чтобы оценить собственные тепло вые потери тестовой антенны, необ ходимо сравнить затухание от порта 1 к порту 2 с учётом и без учёта потерь в тестовой микрополосковой антенне. На основании измерений шумовых характеристик всей структуры (см. рис. 1) можно найти зависимость из меренного коэффициента шума все го тракта, с учётом затухания, и коэф фициента шума антенны, если пред ставить её в виде четырёхполюсника, на входной порт которого поступает мощность, излучённая рупорной ан тенной. С учётом приведённых соображе ний была поставлена задача модели рования и расчёта устройства, состо ящего из СВЧ структур, в которые включены активные элементы. Ме тод Олинера [4] используется для мо делирования распределённых СВЧ элементов вместе с дискретными ак тивными СВЧ элементами на основе формул расчёта распределённых эле ментов, но не учитывает связь по ближнему полю между отдельными элементами структуры. Комплексный подход реализован в широко распространённой програм меMicrowave Office [3], в котороймоде лирование выполняется в схемном и топологическом представлении (см. рис. 2). Если СВЧ структура рассчиты вается методоммоментов в программе MWO EMSight [5], то S параметры или модель активных элементов добавля ются на уровне схемы, т.е. узлы актив ных элементов подключаются к внут ренним портам электродинамической структуры. Аналогичное объединение методов расчёта СВЧ структур с моде лями активных элементов реализова но в программе HFSS Designer (первый вариант на рисунке 2). Порт 2 MGA Рупорная антенна Порт 3 Порт 4 Пач антенна Порт 1 Рис. 1. Структурная схема тестирования, состоящая из рупорной антенны, пространства между рупорной и тестируемой антенной и усилителя MGA СВЧ структура Усилитель Реализация в MWO и HFSS Designer Характеристики, включая шумовые и нелинейные СВЧ структура Усилитель Реализация в FEKO Характеристики, включая характеристики излучения Рис. 2. Два метода объединения неизлучающей цепи (усилителя и электродинамической структуры) Проектирование активной антенны для системы ГЛОНАСС Александр Курушин, Сергей Матвеев (Москва) С помощью электродинамического подхода выполнен анализ активной антенны, состоящей из планарной антенны и транзисторного СВЧ усилителя. Пассивная излучающая структура рассчитана в программах HFSS и Microwave Office. Проанализирована схема тестирования активной антенны, состоящая из рупорной антенны и линии связи. Приведена формула для расчёта коэффициента шума структуры, в которой тестируется активная антенна системы ГЛОНАСС. © СТА-ПРЕСС