Диссертация (Периодические СВЧ композитные структуры в бортовых антенных системах), страница 11

глава 1 формула 1.27), а второе уравнение – положение n-лепестка Брэгга (2.8):4 R fss  f ,       h  cos   2N, N = 0, 1, 2, …., n = 0, 1, 2, ….sin    nc2 D AP fгде N – номер резонансной моды резонатора Фабри-Перо, n – номер лепестка Брэгга.(2.11)56а)б)1 – проводящий экран, 2 – ЛПС, 3 – ЧССРисунок 2.7 – К механизму ослепления ЧСС.Как показано в главе 1, первое уравнение системы (2.11) дает лишь приближенноерешение и для повышения точности целесообразно использовать метод КЭ. Также отметим,что первое уравнение системы (2.11) получено для ненагруженной ЧСС (не учитывает наличиеЛПС) и для уточнения необходимо проводить полноволновое моделирование системы ЧСС–ЛПС–проводящий экран (использование КЭ приводит к существенным вычислительнымзатратам (особенно для реальных излучателей типа МНИ, логопериодического и т.д.)).Чтобы характеризовать резонансные пики в зависимости от частоты введем коэффициентамплитуды лепестка Брэгга:Брi12   i i   ДОР f ,  d(2.12) i  где θi – положение i-го лепестка Брэгга, определяемое аналитически по формуле (2.8),ДОР(f, θ) – ДОР АР (ЛПС), 2·Δθi – ширина i-го лепестка Брэгга.2.3.1 К тестированию эффекта ослепления двухслойной ЧССНа рисунке 2.8 приведено графическое решение системы (2.11) для резонатора счастично-прозрачной стенкой в виде двухслойной ЧСС.

Пунктирная линия (2) на рисунке 2.857соответствует частотным зависимостям резонансных углов падения плоской ЭМ волны (леваячасть уравнения (2.11)). Сплошная линяя (1) – положение n-лепестка Брэгга. Пересечение (1) и(2) соответствует решению уравнения (2.11) и определяет положение неподавленного лепесткаБрэгга.1 – положение резонансов Фабри-Перо, 2 – положение лепестков БрэггаРисунок 2.8 – К определению углового и частотного положения неподавленных лепестковБрэгга ДОР.На рисунке 2.9, в качестве примера, приведены зависимости коэффициента амплитудыσiБр первых восьми лепестков Брэгга для ЛПС с проводящим экраном, экранированнойдвухслойной ЧСС (рисунок 2.3 б). Вертикальные пунктирные линии соответствую частотам,полученным из рисунка 2.13. Наиболее точное соответствие в определении неподавленныхлепестков наблюдается при n  3. При n = 1, 2, 3 в районе f = 9 ГГц наблюдается «провал» вамлитуде лепестка Брэгга, обусловленный резонансом ЧСС (коэффициет прохождения ЧССТ = – и, на этой частоте, ЧСС по своим свойвствам является идеально проводящим экраномсм.

главу 1 рисунки 1.14, 1.15).58Рисунок 2.9 – К тестированию эффекта ослепления двухслойной ЧСС.2.3.2 К тестированию эффекта ослепления двухрезонансной ЧССНа рисунке 2.10 приведено графическое решение системы (2.11) для резонатора счастично-прозрачной стенкой в виде двухслойной ЧСС. Пунктирная линия (2) на рисунке 2.10соответствует частотным зависимостям резонансных углов падения плоской ЭМ волны (леваячасть уравнения (2.11)). Сплошная линяя (1) – положение n-лепестка Брэгга. Пересечение (1) и(2) соответствует решению уравнения (2.11) и определяет положение неподавленного лепесткаБрэгга.1 – положение резонансов Фабри-Перо, 2 – положение лепестков БрэггаРисунок 2.10 – К определению углового и частотного неподавленных лепестков Брэгга ДОР.59На рисунке 2.11, в качестве примера, приведены зависимости коэффициента амплитудыσiБр первых шести лепестков Брэгга для ЛПС с проводящим экраном, экранированнойдвухслойной ЧСС (рисунок 2.5 б).

Вертикальные пунктирные линии соответствую частотам,полученным из рисунка 2.10.Рисунок 2.11 – К тестированию эффекта ослепления однослойной однорезонансной ЧСС.2.4 К управлению эффектом ослепленияВ пункте 2.2 дана интерпретация механизма неподавления отдельных лепестков Брэгга ДОРсистемы ЧСС–ЛПС–экран на основе резонатора с частично–прозрачной стенкой типа ФабриПеро. Если указанный подход верен, то возможны следующие способы контроля эффектаослепления ЧСС:60уменьшение расстояния от ЧСС до проводящего экрана;введение поглощающих материалов.В качестве примера, рассмотрим указанные способы для двухслойной ЧСС (рисунки 2.3 б,1.13).2.4.1 Уменьшение расстояния от ЧСС до проводящего экрана дляустранения эффекта ослепленияВ [10] указано, что рассположение ЧСС вблизи апертуры излучателя позволяетминимизировать внутренние переотражения и, тем сам, расширить рабочий диапазонснижения ЭПР.

Также отметим, что в совмещенных антенных решетках уменьшениерасстояниямеждурешеткамиразличныхдиапазоновпозволятуменьшитьвлияниепереотражений на ДН решетки высокочастотного диапазона [60].Уменьшим полное расстояние от ЛПС до проводящего экрана в два раза h1 + h2 = 20 мм(рисунок 2.3). Параметры ЛПС: Параметры ЛПС: шаг ЛПС DAP = 96 мм, радиус элемента ЛПСr = 5 мм, длина элемента ЛПС ld = 68 мм, количество элементов ЛПС Nd = 8. Параметры ЧСС:расстояние от ЧСС до ЛПС h2 = 7.5 мм, длина ЧСС lfss= 768 мм, количество ячеек ЧСС на длинуNlfss = 160, ширина ЧСС wfss = 76.8 мм, количество ЧСС на ширину Nwfss = 16. Расстояние отЛПС до проводящего экрана (рисунок 7 б) h1 = 12.5 мм, а полное расстояние от ЧСС допроводящего экрана h1 + h2 = 20 мм.На рисунке 2.12, в качестве примера, приведены зависимости коэффициента амплитудыσiБр первых восьми лепестков Брэгга для ЛПС с проводящим экраном, экранированнойдвухслойной ЧСС.

При этом сплошная линия 1 соответствует полному расстоянию от ЛПС допроводящего экрана h1 + h2 = 40 мм, а пунктирная линия 2 – h1 + h2 = 20 мм. Видно, чтоуменьшение расстояния между ЧСС и проводящим экраном в два раза позволяет  в два разауменьшитьчастоту резонансных пиков.Такимобразом,указанныйподход можноиспользовать для контроля эффекта ослепления в узкой полосе частот, а также для снижениясреднего уровня ДОР. Однако, как правило, высота ряда излучателя L–диапазона велика(например, для вибраторного излучателя, настроенного на частоту 1 ГГц, высота профилясоставляет 75 мм) и сокращение высоты расстояния от ЧСС до проводящего экранаограничено высотой профиля излучателя АР.61Рисунок 2.12 – Уменьшение расстояния от ЧСС до проводящего экрана для устраненияэффекта ослепления.2.4.2.

Введение поглощающего материала для устранения эффектаослепленияРассмотрим второй способ для контроля эффекта ослепления ЧСС. Для примера, вкачестве поглощающего материала используем поглотитель на основе резистивных печатныхэлементов [61, 62]. На рисунке 2.13 а приведена геометрия единичной ячейки выбранногоматериала. Параметры поглощающего материала h = 3.5 мм, ε = 1.1, dx = dy = 8.0 мм, wx1 = wy1 =6.6 мм, wx2 = wy2 = 4.2 мм, sx1 = sy1 = 0.7 мм, sx2 = sy2 = 0.67 мм, R = 30.0 Ом. На рисунках 2.13 б,в приведены частотные зависимости коэффициента в диапазоне углов падения плоской ЭМволны 0…60° с шагом 5° для ТЕ и ТМ поляризации.62Общий вид ЛПС с двухслойной ЧСС и поглощающим материалом на основерезистивных кольцевых прямоугольных элементов приведен на рисунке 2.14.

ЧССрасполагается перед апертурой ЛПС. Поглощающий материал расположен на проводящемэкране.а)б)в)Рисунок 2.13– Поглощающий материал на основе резистивного печатного элемента: а)– геометрия единичной ячейки; коэффициент отражения для ТЕ (б) и ТМ (в) поляризованнойЭМ волны.Рисунок 2.14 – Общий вид ЛПС (2) с поглощающим материалом (1) и двухслойной ЧСС (3).На рисунке 2.15, в качестве примера, приведены зависимости коэффициента амплитудыσiБр первых шести лепестков Брэгга для ЛПС с проводящим экраном, экранированнойдвухслойной ЧСС (линия 1). А также, ξi(f) первых шести лепестков Брэгга для ЛПСэкранированной двухслойной ЧСС и проводящим экраном, покрытым поглощающимматериалом (линия 2). Использование поглощающего материала позволило существенноснизить ξi(f) для каждого из лепестков Брэгга.

Значение ξi(f) не превышает –10 дБкв.м врабочей полосе поглотителя (8–18 ГГц).63Рисунок 2.15 – Использование поглощающего материала устранения эффекта ослепления.На рисунке 2.16, приведены ДОР ЛПС с проводящим экраном, ЛПС с проводящимэкраном, покрытым поглощающим материалом, ЛПС с проводящим экраном и двухслойнойЧСС, ЛПС с двухслойной ЧСС и проводящим экраном, покрытым поглощающим материалом.Видно, что комплексное использование ЧСС и поглощающего материала (линия 4) позволяетуменьшить амплитуду лепестков Брэгга ДОР на 10–30 дБ в рабочей полосе ЧСС ипоглощающего материала.

Отдельное использование ЧСС (линия 3) и поглощающегоматериала (линия 2) не позволяют снизить амплитуду всех лепестков Брэгга (в первом случаеиз-за эффекта ослепления ЧСС, во втором случае – из-за того, что поглощающий материалрасположен за апертурой ЛПС).641 – ЛПС с проводящим экраном, 2 – ЛПС с проводящем экраном, покрытым поглощающим материалом, 3 – ЛПС сЧСС и проводящим экраном, ЛПС с ЧСС и проводящим экраном, покрытым поглощающим материалом.Рисунок 2.16 – Снижение ДОР ЛПС.2.5 Частотно-селективные структуры для снижения ДОРФАР L-диапазонаИзлучающая система линейной ФАР размещается вдоль носка подвижной консоликрыла летательного аппарата в переднем отсеке отклоняемого носка, под радиопрозрачнымобтекателем, одновременно являющимся частью аэродинамической поверхности крыла(рисунок 2.17) [63-67].