Диссертация (Двухчастотная фазированная мобильная антенная решётка РЛС L-диапазона), страница 12

Уровень ДН разностного канала должен быть выше -3дБ в секторе угловвне главного лепестка ДН суммарного канала моноимпульсной ДН.Цели оптимизации № 4,5 обеспечивают требование по пересечению ДН суммарного и разностного каналов моноимпульсной ДН по уровню -3 дБ.Используя методы численной параметрической оптимизации построенной математической модели были получены значения параметров топологии схемы разностного делителя мощности. На рис.3.26 Приведены ДН разностного канала моноимпульсной ДН с учётом статистического анализа погрешности изготовленияделителя с точности установки параметров 0,1 мм.

Также на рис.3.26 указаны целиоптимизации параметров модели № 3,4.92Рисунок 3.26 Разностная диаграмма направленностидля двух частотных диапазоновИз рисунка видно, что УБЛ разностного канала моноимпульсной ДН не превышает в среднем уровня -15 дБ, а в худшем случае -13 дБ. При этом, требованиена уровень пересечения суммарного и разностного каналов моноимпульсной ДНвыполняется.На рис.3.27 приведена зависимость КСВн от частоты синтезированной схемыразностного делителя мощности. Вертикальными линиями отмечены среднеквадратические отклонения КСВн при наличии технологической погрешности изготовления схемы делителя.Рисунок 3.27 Зависимость КСВн от частоты93График показывает, что уровень КСВн в среднем находится в необходимыхпределах значения 1,1 в рабочих диапазонах частот. В промежуточном диапазонечастот значение КСВн в среднем не превышает уровня 1,8.

В наихудшем случаезначение КСВн в рабочих диапазонах частот не превышает 1,6, а в промежуточномуровень 2.На рис.3.28 Приведена зависимость амплитудного распределения от номераэлемента и его статистический анализ по точности изготовления с допуском 0,1 мм.Рисунок 3.28 Амплитудное распределение с учётом статистикиТаким образом разница между максимальным и минимальным уровнем деления мощности составляет 15 дБ. Амплитудное распределение в целом повторяетформу амплитудного распределения разностного канала, рассчитанного аналитически.На рис. 3.29 Приведено фазовое распределение.Рисунок 3.29 Фазовое распределение с учётом статистики94По результатам моделирования можно видеть, что синтезированная топологиясхемы деления позволяет формировать моноимпульсную ДН с УБЛ не хуже -20 дБв обоих частотных диапазонах с учётом сканирования в секторе углов ±45º.3.3 Частотный диплексерЧастотный диплексер представляет собой СВЧ устройство, имеющее одинвход и два выхода.

Целью работы диплексера является частотное разделение сигнала, поданного на вход. Принцип работы частотного диплексера построен на основе механизма частотно-избирательной фильтрации. Упрощённо цепь частотногодиплексера представляет собой параллельное включение двух фильтров – нижнейи верхней частоты. Граничные частоты фильтров должны быть настроены так,чтобы полоса пропускания ФНЧ совпадала с полосой заграждения ФВЧ и наоборот. При этом развязка между выходами должна составлять величину порядка80 дБ, а согласование по входу по КСВ не хуже 1,05.Одним из вариантов построения частотного диплексера можно предложитьполосковую топологию, модель которой представлена на рис. 3.30.MLEFID=TL35W=1.429 mmL=11.82 mmMLEFID=TL33W=1.399 mmL=12.02 mmMBEND90X$ID=MS6M=M0MBEND90X$ID=MS9M=M0MLINID=TL29W=5.397 mmL=15.83 mmMSUB=SUB1MLINID=TL28W=1.274 mmL=7.051 mmMSUB=SUB1MBEND90X$ID=MS3M=M0MLEFID=TL20W=3.63 mmL=6.309 mmMBEND90X$ID=MS5M=M0MLEFID=TL7W=2.113 mmL=2.566 mmMLINID=TL32W=1.4 mmL=7.519 mmMSUB=SUB1PORTP=2Z=50 OhmMLEFID=TL14W=4.119 mmL=18.37 mmMBEND90X$ID=MS1M=M0MLINID=TL26W=4.426 mmL=17.71 mmMSUB=SUB132MLINID=TL6W=1.598 mmL=2.174 mmMSUB=SUB1MLINID=TL30W=1.318 mmL=8.682 mmMSUB=SUB111MTEE$ID=TL27MLINID=TL24W=2.58 mmL=15.67 mmMSUB=SUB1MTEE$ID=TL252MLINID=TL22W=2.013 mmL=0.9063 mmMSUB=SUB1321MLINID=TL4W=2.499 mmL=16.7 mmMSUB=SUB11MTEE$ID=TL233MLINID=TL3W=5.072 mmL=27.65 mmMSUB=SUB1MTEE$ID=TL222MCROSS$ID=TL5MLINID=TL10W=2.398 mmL=23.92 mmMSUB=SUB131MLINID=TL19W=1.656 mmL=2.343 mmMSUB=SUB1MLINID=TL13W=5.253 mmL=8.957 mmMSUB=SUB12MCROSS$ID=TL11MLINID=TL15W=2.256 mmL=23.63 mmMSUB=SUB1312MCROSS$ID=TL1631PORTP=3Z=50 Ohm344MLINID=TL21W=3.977 mmL=8.527 mmMSUB=SUB14M0=0.5MLINID=TL31W=4.281 mmL=7.994 mmMSUB=SUB1MLEFID=TL34W=4.146 mmL=10.37 mmMBEND90X$ID=MS7M=M0MSUBEr=9.8H=5 mmT=0.05 mmRho=1Tand=0ErNom=9.8Name=SUB1MLINID=TL1W=6.268 mmL=18.01 mmMSUB=SUB1MLEFID=TL12W=3.712 mmL=5.886 mmMLINID=TL8W=4.371 mmL=8.858 mmMSUB=SUB1MLINID=TL17W=2.767 mmL=8.33 mmMSUB=SUB1PORTP=1Z=50 OhmMBEND90X$ID=MS2M=M0MLEFID=TL9W=4.28 mmL=17.74 mmMLEFID=TL18W=3.283 mmL=18.64 mmMBEND90X$ID=MS4M=M0Рисунок 3.30 Электрическая схема частотного диплексераМодель представляет собой последовательное включение двух полосковыхполосно-заграждающих фильтров.

Характеристики подобраны таким образом,чтобы полосы заграждения каждого фильтра соответствовали соответствующимрабочим диапазонам частот. При этом коэффициент развязки между каналами недолжен быть выше -60 дБ, а согласование по входу по уровню КСВ < 1,02.На рис.3.31 приведена топология полоскового диплексера.95Рисунок 3.31 Полосковая топология частотного диплексераРезультаты численного параметрического моделирования и оптимизации модели диплексера приведены на рис.3.32.На рис.3.32 приведены коэффициенты передачи S21 и S31, а также коэффициентотражения S11.Рисунок 3.32 Характеристики частотного диплексераКоэффициент передачи по нижнему частотному каналу составляет -0,072 дБ,по верхнему -0,077 дБ.

Устройство согласовано по уровню КСВ не хуже, чем 1,044при развязке каналов -87 дБ в нижнем частотном диапазоне и -90 дБ в верхнем.На рис.3.32 помимо характеристик диплексера приведены цели оптимизациив виде пороговых ограничений по коэффициентам передачи и отражения.963.4 Косекансный делительПолотно антенной решётки имеет физический поворот плоскости апертуры на20º вверх по углу места. При этом, антенная решётка должна формировать ДН косекансной формы в секторе углов 0-70º. Таким образом, решётка должна помимоэлектрического синтеза ДН косекансной формы осуществлять электрический статический поворот луча на 20 градусов вниз к горизонту. Исходя из этого антеннаярешётка должна обеспечивать формирование косекансной диаграммы направленности в координатной системе, привязанной к апертуре в секторе углов -20º - +50º.ДН должна быть сформирована АФР 8-и элементной линейной антенной решёткой.АФР должно быть сформировано на обеих рабочих частотах (1 и 1,5 ГГц) такимобразом, чтобы поле (с учётом затухания по дальности) было не ниже уровня -3дБнад косекансной ДН идеальной формы, показанной на рис.3.33, в рабочем сектореуглов.

Излучение в секторе углов, близких к горизонту, не должно быть выше- 14 дБ, чтобы исключить влияние отражения от земли. Также необходимо минимизировать излучение в область полярных углов (вертикально вверх) для минимизации потери мощности.Рисунок 3.33 Требуемая ДН в вертикальной плоскости косекансной формыФормирование косекансной ДН можно осуществлять разными способами.973.4.1 Формирование косекансной ДНАмплитудно-фазовое распределение в комплексной форме можно определитьметодом парциальных диаграмм [78, 79].Разложение ДН в системе базисных функций можно записать следующим образом:1∫ (Ψ) ∗ (Ψ)Ψ() =2−где: А(х) – функция амплитудного распределения;F(θ) – раскладываемая ДН; () = () ∙ Ψ(,) – система функций ДН антенного элементаΨ(, ) = ∙ (sin − sin 0 ) – функция, учитывающая разность хода волндо точки наблюдения x при заданном угле отклонения луча θ0;=2=2∙– волновое число.Необходимо также учесть, что в классическом методе разложение осуществляется по полной ортогональной системе базисных функций.

В данной работестоит задача получения АФР для заданных ДН излучателя, либо их аппроксимации.Применив описанный выше способ к заданной ДН косекансной формы можнополучить амплитудно-фазовое распределение по решётке (рис.3.34). На рис.3.35приведены соответствующие диаграммы направленности.Рисунок 3.34 Амплитудно-фазовое распределение косекансной ДН98Рисунок 3.35 Косекансные ДН, полученные по методу парциальных диаграмм, начастоте 1.02 ГГц (фиолетовая) и 1.45 ГГц (синяя); пунктирная линия – ДНтребуемой формыКак видно из графика, ДН в рабочем секторе углов находятся выше требуемого уровня поля -3 дБ. Но при таком подходе наблюдается существенный уровеньизлучения в область углов пространства в направлении земли, а также ДН в рабочем секторе углов существенно отличается от требуемой формы.Применение методов, в которых процесс формирования ДН осуществляется засчёт синтеза амплитудного и фазового распределения, приводит к появлению эффекта углочастотного хода луча, что ограничивает рабочую полосу системы.

Поскольку косекансная ДН должна быть сформирована как на нижней (1 ГГц), так ина верхней (1,5 ГГц) частоте, то целесообразно сформировать огибающую ДН используя лишь амплитудное распределение (рис.3.36), а поворот луча осуществитьлинейной фазовой подставкой. ДН, сформированная таким способом показана нарис.3.37.Рисунок 3.36 Амплитудное распределение косекансного делителя99Рисунок 3.37 Диаграмма направленности косекансной формы со статистикойучёта технологической погрешности изготовленияРис.3.37 показывает, что в наихудшем из возможных случаев реализации 10%амплитудной и 10° фазовой ошибки при полученном амплитудно-фазовом распределении ДН в рабочем секторе углов не будет ниже порогового значения косекансной ДН.3.4.3 Моделирование схемы деленияПо полученному амплитудному распределению можно построить топологиюсхемы деления мощности между 1 входным и 8 выходными каналами на основесимметричной полосковой линии передачи.