P6 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 3

4, К вычислению днев сти плоской непрерывной граммы направпенности ше— стнгранной решетки круглой апертуры с райи- усом, равным радиусу вписанной в шестигранник окружности, и вмплитудным распределением, совпадающим с амплитудным рвспределением в решетке. На рнс. 4 приведены для примера суммарная дивграмма направленности шестигранной решетки из 61 слабонаправленного излучвтеля (с диаграммой вида гад св ) в плоскостях о 0 и )г 30 . Там же построена диаграмма направленности круглой впертуры при равномерном распределении вв ~в в*; в) в(О = (6) в в.: ° в где ,вв(вв) — функпия Бесселя; Ьг в7 — рвднус решетки, Я Подробный численный расчет на ЭВМ показыввет, что форма и ширине главного лепестка, уровень первого бокового лепестка, уровень первого бокового лепестка шестигранной решетки и соответствующей круглой апертуры различаются не более чем на 10-16 , что является вполне допустимым нв атапе проектироввния и резработки анализируемых решеток.

йивграмма напревленности круглой апертуры (как суммарнея Гд, так и рвзностные Р~ ) для неотклоненного луча в плоскости пеленга, например хднф ( см. рис. 4) определяются с точностью до постоянного множителя общим выражением 11, с. 283 ~ Г Гд, ЕвО)- Е, (д,у)е Ы, Ыу, (6) -в -тв-гг где ( и, у ) — координаты точки в раскрыве впертуры; ги вв=. — „Кгвнд, Д вЂ” длина водны; Я - редиус апертуры, вписвнной в шестигранник; ~д( И 1; ~у) 4 1; Ев д и вмплитудное распределение в раскрыве апертуры (шести— грвнной решетки): Ег — суммарное; Евг — ревностное. гд В качестве функций, аппроксимирующих реальные рас— пределеыия поля в раскрыве внтенны, выбнреем функции г о, х'~у'в ж Е д (дуг=, р 1г(-пв(хг+у )), х + уг~ ~; 16 )х)а 1; Е Г х,у) ура //~ню (1- д у / С ю-в .гав( = / ~; л — ~(/-У,/ Л „Г 1~; (~) в и:и г( - /,.(Ъ -2;.3) гГ /- — ', / с Г~> — Л вЂ”вЂ” 11л и т ~'- 8~ 1/ Л.

(Л ж~ а) -Л (и — -7се1~ ~. ~ ~-тг~У ~л-Л (10) где —; — — множители, нормирующне соответственно %', ' Ф' суммарную н разностную диаграммы направленности; и = /Гнат о' ~ СГе) 1,2 ... ( ж — 1) — гамма-функция; гх Д ( и/ — ламбда-функпия; С вЂ” число сочныее л/Г~г-/т)/ ний ( О! 1; 1/= 1). Значения функций Л,(и), таблице ( . Заметим, что при Д' = 1 1 Ля Ги) н ЛнГи) цоиведепы в С вЂ” 1, (и) / '. / (1!) 17 где У,,о, н,,з, т к — коэффициенты, определяющие уро— вен~ поля на краю раскрыва и крутизну спадания амцлнтудного распределения ( о' а 1; ос 4 11 ~3 е 1; ~ т 1,2 ...; ,о=12, ...). Распределение поля (как Ен х, так н Еэ л ) в рас- Р крыве решетки (эквивалентной круглой апертуры) создается либо с помощью моноимпульсного облучателя (4, с. 277) в решетках отражательного нли проходного типа (4, с.

811, либо с помощью специальных фидерных схем возбуждения излучателей. 11одставляя выражения (7), (8) в (8) и используя нз— вестные формулы [61, получим с точностью до постоянных сомножителей следующие выражения для нормированных диаграмм направленности: анри г~ 1 (12) ае О ~ а 3 Ф х б 7 а у ю Рис. 5. Ревностные диаграммы направленности круглой апертуры (гексагонвльной решетки) Нв рис. 5 показаны в качестве примера рвссчятвнные по формулам (10), (12) для ряда значений ~к, ~з, ~п разностные диаграммы направленности круглой апертуры (гексагональной решетки). Определение амплитудного распределения в рвскрыпе решетки В соответствии с принципом работы исследуемой в данной лабораторной работе моноимпульсной ФАР амплитудное распределение и раскрыие решетки формируется с помощью первичного источника — моноимпульсного облучателя и вспомогательного сетчатого зеркала.

Используя для нахождения поля в рвскрыве антенны метод гези1етрическои оптики 18 (1, с. 344), можно в первом приближении полагать амплитудное распределеыие в раскрыве аытенной решетки совпадающим с амплитудным распределением в апертуре зеркала. Используя известную методику расчета зеркальных ан— тены ~1), 17)„поле в их рвскрыве Е (.

т, у ) определяет- 5 ся по известной диаграмме направленности облучателя с ( ~//, $ ) с помощью следующих соотношений: обл Е,о Ец хи (ж у) Гоал 1)о~ Ц ° х= соо~; у=стив 4. (13) Х= гу 1тсоо 1и ' оои )асов с =21 оф — сов й 2 У 2г" .. 'т' 1т ооо у~ 2 овал )о оуи ~ = 2)'й~ — сов~, где о, с — геометрические характеристики зеркала; смысл остальных параметров ясен из рис. 6. Построив в соответствии с выражением (13) по извест— ной (теоретической или акспериментвльно измеренной) диа— грамме направленности ( Р' и Р ) облучателя ампли око и оол о тудное распределение в раскрыве антенны (суммарное или разностное) ° параметры аппроксимирующих распределений — суммарного О,;о ь (7) и рвзыостыого ос , ~з, тг в (8) — подбираются так, 1 и.

чтобы выполнялось наимеыь— о ФЯ- шее уклонение в среднем от о У распределений, построенных в соответствии с ( 13 ). У В большинстве случаев с достаточной для инжеыер— ных расчетов точностью ко — Рис, 6. Геометрические характеристики вспомогв— аффициенты Р , ок и Ф тельного параболнческого можно определить путем ап- зерквла пролсимации реального ампли- 10 тудного распределения Еэ к а (х,у) , полученного из (13), только в главной плоскости ~ 0 ( у 0). Коэффициенты в и ~ определяются аппроксимацией реального амплитудного распределения Е и в (у) в плоскости х =х, , проходящей через максимум функпии Е (х,у) .

Коэффициент усиления суммарной и крутизна ревностной характеристик антенной решетки йля оценки эффективности моноимпульсных ФАР помимо величин коэффициента усиления по суммарному каналу 6~ важнейшим параметром, влияющим на точность определенна угловых координат, является крутизна ревностной диаграммы направленности,м (азнмутальнсй нли угломестной соответ— ственно) в рввносигнальном направлении — с (ю ~.о) ~ - —— С~-~ ~ ~с ) ~14~ и'6 в=с 8=с' где ~у= 0 — плоскость формирования ревностной диаграммы направленности; () Щу) — коэффициент усиления разноот нов характеристики; У коэффициент усиления в цаправленни главных а макс максимумов разностной характеристики.

Аналогично предыдущему рассмотрению анализ ~г, а плоской шестигранной решетки с гексагональным расположением слвбонаправленных излучателей заменяется анализом , и плоской непрерывной круглой апертуры с радиусом, ражениямн асРх Рва а в Ь Ут (~м ' / Р' авР~с)ц екш )цо,и 7т Р~ сс~ м т (15) 20 равным радиусу вписанного в шестигранник круга, и амплитудным распределением, совпадающим с амплитудным распределением в решетке (см. рис. 4).

Заметим, что в соответствии с приндипом исследуемой в данной лабораторной работе моноимпульсной ФАР (см. экспериментальную часть настояшего описания), амплитудное распределение в рвскрыве реа.етки формируется с помощью моноимпульсного облучателя н вспомогательного сетчатого зеркала. Параметры 5 и и исследуемой ФАР определяются вы- Я где Ю ( т Г2 и ~ — ) — - максимальные значения 2~г 1 КНД и крутизны круглой апертуры радиуса Я ( 4 — ),—; Л 'градус' - коэффициенты.

учитывающие: э 0 Р т — потери энергии в облучателе; неравномерность распределения полк в излучающем раскрыве; 'энергию облучателя, проходнщую мимо вспомогательного зеркала и решетки; затенение излучающего раскрыва решетки облучателем и элементамн крепления; потери энергии в структуре вспомогательного зеркала; потери за счет рассеяния на участке вспомогатепьное зеркало-решетка; отражение энергии за счет различия входных сопротивлений на участке издучатепи свободное пространство; у, — потери, обусловленные дискретным Режимом фазиРованиЯ излУчателей; 72 — сРедние потеРи в фазовращатеде излучателя! гоэР - уменьшение эффективм ной плошади раскрыва при сканировании ( У вЂ” направление максимума излучения 16, с.

316) ). Заметим, что в выражении (16) не учтен эффект взаимного влияния излучатепей, приводящий как к изменению амцлитудно-фазовых соотношений в излучателях, так и к измене— нию входных сопротивдений излучателей, т.е., в конечном счете, к изменению абсодютной вепичины Ы и ж , а так- Е же закона их изменения от угла сканирования 14, с. 177-197!.

Не учтены тахже детерминированные и случайные амплитудные и фазовые ошибки, а также ошибки размещения и юстировки. Строгая оценка коэффициентов Ч~ , э явдяется достаточно сложной задачей, требующей, как видно, учета большого числа факторов. Дпя исследуемой антенны ~! (ы )-0,16. Коэффициент э опредедяется выражением 14, с. 71 ! Р 2 (16) Л ф — дискрет изменения фазы, обусловпенный дискретным режимом фазирования излучателей. Потери в фазовращателе у зависят от величины дискрета фазы, диапазона волн, конструктивной реализации фазоврашателя н еще делого ряда причин.

Испопьзуемые в данном макете фазоврашатеди с 19о л' имеют потери в среднем 3 дБ. Моноимпульсный облучатель Неибопее простой тип моноиспульсного облучвтепя для пеленгации в одной плоскости, выполненной нвподобие свернутого двойного волнового тройника, изображен на рис. .

р с. 7. П и возбуждении обпучвтеля со стороны ппече 1 на выходе облучвтепя (плеч 2-4) формируется амплитудное рвспределенне, хвректерное дпя водны Н,ч, а при возбуждении плеча 3 амппитудное распределение характерное для водны В го ' принципа обратимости внтенн следует, что приемная антенна будет обладать такими же хврвктеристиками напрввпенности, й причем на выходе ппече 1 облучатепя образуется суммврны сигнал Г а на выходе ппеча 3 — ревностный сигнал Г У и' и Обпучатепь такого типа используется в данном пабораторном макете. Рнс.