Диссертация (Широкополосные антенные решетки с широким сектором обзора), страница 13

Размещение элементов с шагом, превышающим длинуволны не приводит возникновению дифракционных максимумов в антеннойрешетке при сканировании в азимутальной плоскости. Это иллюстрируетсярезультатами электродинамического моделирования, приведенными на рис.71.Рис.71.результатами электродинамического моделирования ККАР приширокоугольном сканировании в азимутальной плоскости.Таким образом, разработана активная фазированная антенная решетка сдвумерным широкоугольным сканированием и цифровой диаграммообразующейсистемой, работающая в двух частотных диапазонах. В предложенной структуреразмещения элементов при перемещении луча отсутствует углочастотнаячувствительность,поэтомупространственныеструктурыприналичииобладаютширокополосныхширокойрабочейэлементовполосой.109Пространственноеразмещениеэлементовисоответствующееуправлениеамплитудно-фазовым распределением позволяют уменьшить число элементов вантенной решетке и распределительной системе и исключить из схемыпостроениякоммутирующиераспределительнуюсистемуустройства,даннойчтоантеннысущественнопоупрощаетсравнениюсраспределительными системами аналогов.2.12 ВыводыТаким образом, во второй главе предложены и исследованы характеристикинаправленности ККАР как антенн с широкоугольным сканированием.

Найденызависимости ширины ДН и УБЛ от относительных размеров решетки и числаэлементов. Определены зависимости КНД ККАР от числа и направленностиэлементов.Выявлены диапазонные и широкополосные свойства ККАР, которыесущественно превышают аналогичные характеристики плоских антенн. Полоса вККАР ограничена не частотным смешением луча, а ростом УБЛ и уменьшениемКНД.Предложены схемы возбуждения: фидерные и с помощью радиальноговолновода.Приведены антенны с двумерным сканированием, которое реализуется наККАР, а так же набором дисковых антенн.1103 ВОЛНОВОДНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С ВОЛНОЙ ТИПА Т3.1 Распределительные системы с волной типа ТВажнейшим вопросом является разработка устройств возбуждения ираспределительных систем, обеспечивающих работу в широкой полосе присохранении широкого сектора обзора пространства.Одним перспективных направлений является построение распределительныхсистем на основе линий с волной типа Т.

Такие возбуждающие системы могутбытьвыполненыввидекоаксиальныхделителей,радиальныхиликонцентрических сферических волноводов. На рис.72-77 приведены вариантыпостроенияраспределительныхсистем,особенностью,которыхявляетсясочетание способов фидерного и оптического возбуждения, позволяющееминимизировать потери.

Кроме того, все рассматриваемые системы имеют малыепродольные габариты, что немаловажно при использовании антенных систем намобильных носителях.Рис.72. Коаксиальный многоканальный Рис.73. Коаксиальный многоканальныйделитель мощности на 4 элементаделитель мощности на 8 элементов111Рис.75.Распределительная система наРис.74.Радиальный волноводрадиальном волноводеРис.76.КонцентрическийРис.77.Конический волноводсферический волноводРаспределительныесистемыввидекоаксиальныхмногоканальныхделителей мощности являются альтернативным вариантом микрополосковыхделителей рис.78, применяемых для возбуждения излучателей многолучевойантенной решетки, модель и фотография которой приведены на рис.79 и 80.Применениекоаксиальныхделителеймощностипозволяетувеличитьэнергетический потенциал и уменьшить потери в распределительной системе.Рис.78.

Микрополосковыйделитель112Рис.79.Модель антенной решеткиРис.80.Фотография антеннойрешеткиНа рис.81 и 82 приведены результаты электродинамического моделированияантенной решетки с распределительной системой в виде коаксиального делителя.Рис.81.Размещение элементов наРис.82.Зависимость КСВ отодном этаже решеткичастоты113Распределительныесистемыввидерадиального,концентрическогосферического и конического волновода удобны для возбуждения конформныхантенныхрешеток.телекоммуникационнойНарис.системы83показанавозвращаемогомноголучеваякосмическогоантеннааппарата,возбуждаемая конической распределительной системой.Рис.

83 Многолучевая антенна телекоммуникационной системывозвращаемого космического аппарата, возбуждаемая коническойраспределительной системой.114В приложении А приведен алгоритм расчета характеристик направленностиантенной решетки с учетом влияния проводящей конической поверхностивозвращаемогоаппарата,атакжепредставленырезультатыэлектродинамического моделирования. Для обеспечения многочастотной илиширокополосной работы в некоторых случаях целесообразно использоватьраспределительные системы на основе микрополосковыхлиний.

Результатырасчета и экспериментального исследования двухдиапазонной антенной решеткивторичного обзорного радиолокатора представлены на рис.84-88.Рис.84. Антенная система модуля Рис.85. Испытательный стенд с элементомвторичного радиолокатора,модуля вторичного радиолокаторастадия сборки.Рис.86.Косекансная диаграммаРис.87. Зависимость КСВ от частоты,антенной решеткиполученная экспериментально.115Испытания макета антенной решетки проводились в безэховой камере.Внешний вид стенда представлен на рис. 85.

Линейная антенная решетка былазакреплена на расстоянии 3.5 м от пола, на металлической ферме, закрытойрадиопоглощающимматериалом.Расстояниедоизмерительногозондаизменялось при переходе от одного диапазона к другому. Зонд представляетсобойдве,ортогональнополяризациямиипредназначенадляпараллельносориентированныенезависимымисъемаантеннойфидернымивертикальнойрешетке,антенны,страктами.Однаполяризациидругаяипредназначеналинейнымиантеннасориентированадляизмерениякросполяризационной составляющей. Зонд, перемещался по вертикальной игоризонтальной осям с шагом, заданным оператором (шаг выбирается, взависимости от частоты и требуемой точности, независимо для каждой оси).

Вкаждой точке зонд производил измерения амплитудной и фазовой составляющейполя.908070605040302010010203040506070380 905101520 222530354045505560F1F2Рис.88. ДН линейного излучателя с косекансной ДН на средних частотах 1ого и 2-ого диапазонов116Рассматриваемые широкополосные многоканальные делители мощности,позволяют повысить энергетические характеристики. Особенностью, такихвозбудителейявляетсявозбуждения,позволяющеерассматриваемыесочетаниеспособовминимизироватьраспределительныесистемыфидерногоиоптическогопотери.Кромеимеютмалыетого,всепродольныегабариты, что немаловажно при использовании антенных систем на мобильныхносителях.

В работе проведено исследование таких распределительных систем иопределены структуры полей.Такиевозбудителиобладаютпреимуществамифидерногоспособавозбуждения, но в отличие от него имеют значительно меньшее затухание, таккакиспользуютпространственногопрактическисвободноевозбужденияпространство.радиальныйВотличиеволноводотобладаеткомпактностью, экранированием и большим коэффициентом использования.Однако,практическоеиспользованиеволноводовтребуетопределениедопусков возбуждающей системы плоской формы.3.2Распределительные системы на основе радиального волноводаРадиальный волновод (РВ) представляет собой направляющую систему,состоящую из двух проводящих дисков, расположенных на расстоянии hпараллельно друг другу (рис.89)[82].Рис.89.Радиальный волновод.117Направляющая система в виде РВ имеет целый ряд преимуществ (например,хорошиемассогабаритныехарактеристики,малыепотери,удобствоизготовления), поэтому находит широкое практическое применение: в фазированных антенных решетках ФАР, работающих на одной или двухчастотах; для возбуждения антенных решеток АР с механическим сканированием; при построении активных фазированных антенных решеток АФАР; для обеспечения многолучевого режима работы ФАР РЛС.В качестве примера областей применения РВ можно привести ФАР бортовойРЛС «Сокол» из диэлектрических стержневых излучателей и двухчастотнуюрешетку из печатных излучателей.

На рис.90 и 91 показана направляющаясистема на РВ, применяемая для возбуждения антенной решетки бортовой РЛСрис.92. На рис.93 приведены опытные образцы антенных решеток, возбуждаемыхрадиальным волноводом.Рис.90.Распределительная система наРис.91.Распределительная системырадиальном волноводе (возбуждениена радиальном волноводерадиального волновода с краев)(возбуждение радиальноговолновода из центра)118Рис.92. Бортовая ФАР самолетной РЛС «Сокол».Рис.93. Опытные образцы антенных решеток, возбуждаемых радиальнымволноводом.Для управления разреженной и теоретически плотной в конструктивномплане решеткой при ограниченном секторе сканирования была предложенапринципиально новая схема размещения излучателей. Пластиковая, гибкая лента,включающаявсебявклеенныеиливмонтированныеизлучателисфазовращателями и электрические цепи питания фазовращателей, обладаетгибкостью и технологичностью конструкции.

Антенное полотно, формируемое изтаких лент, может иметь произвольное распределение элементов, т.к. гибкие119ленты могут скручиваться в рулоны или принимать любые другие формы. Вапертуреизлучателиразмещеныпооднозаходнойилимногозаходнойэвольвентной спиральной структуре, неэквидистантно, но с плотной упаковкой.Такая схема размещения излучателей позволяет обеспечить поэлементноеуправление в сочетании с высокой технологичностью.

В результате этогоконструктивногорешенияпроизошелпереходоттехнологичностигексагональных схем к технологичности неэквидистантных ФАР.При создании совмещенных ФАР необходимо учитыватьсложностьпостроения питающей распределительной системы решетки, которая будетоказывать основное влияние на массогабаритные параметры разрабатываемойантенны.