Диссертация (Периодические СВЧ композитные структуры в бортовых антенных системах), страница 12

Некоторые характеристики: рабочая полоса частот – 1...1.6 ГГц; секторсканирования луча – (45…60)°; поляризация – линейная, вертикальная; КСВ в линиях питанияизлучателей в рабочей полосе частот при синфазном возбуждении – не более 2,0, в секторесканирования – не более 3,0; габаритные размеры системы излучения – не более 70×768×90 мм.65Рисунок 2.17 – Размещение системы излучения линейной ФАР L-диапазона на ЛАДля модели ФАР был выбран металлодиэлектрический неоднородный излучатель (МНИ)[63], конструкция которого поясняется на рисунке 2.18. Излучатель состоит из печатной платы8, помещенной в металлический экран 7 и имеющей с ним сплошной электрический контакт.Для улучшения качества согласования в рабочей полосе частот печатная плата 8 покрывается свнешних сторон слоем диэлектрика 9.

Экран 7 специальной формы, затеняющий воздушныеполостиобращенноговпереддвиженияЛАП-образногометаллическогопрофиля,образованного элементами 2 и 3 конструкции отклоняемого носка крыла, предназначен дляослабленияпаразитногосогласования ирезонансногоявления,характеристику направленностинегативноМНИ.влияющегонакачествоМеталлическое заполнение 4предназначено для устранения резонансного эффекта, возникающего между экраном 7 иэлементами конструкции крыла 2 и 3 и негативно влияющего на форму угломестной ДН.Излучатели крепятся к металлической пластине 6, служащей основанием подрешетки извосьми излучателей.

Пластина 6, в свою очередь, крепится к передней стенке 3 носка крыла.Соприкасающиеся части экранов соседних излучателей соединены между собой электрически,промежутки между излучателями заполнены пенокомпаундом 5. Система излученияпомещается под радиопрозрачный обтекатель 1 из диэлектрического материала.На рисунке 2.19 в качестве примера приведена ДОР линейной ФАР из восьми МНИ.Вертикальными пунктирными линиями отмечены положения лепестков Брэгга, рассчитанныепо (2.8).

Расчет выполнен методом FDTD, число ячеек сетки дискретизации пространствасоставило 75 млн., объем ОЗУ – 5.5 ГБ, продолжительность расчета одной точки по  прииспользовании 12 ядер ЦПУ с тактовой частотой 3 ГГц – 12 ч машинного времени. Расчет ДОРпроведен в секторе 0…60° с шагом 0,5° (при построении рисунка 2.19 учтена симметрия ФАР),т.е.

всего рассчитана 121 точка по .66а)б)в)Рисунок 2.18 – Конструкция излучающего элемента типа МНИ: а – излучатель установлен подобтекателем в отклоняемом носке крыла; б – внешний вид излучателя; в – топология печатнойплаты излучателя.Рисунок 2.19 – ДОР линейной ФАР из восьми МНИ2.5.1 Двухслойная полосно–заграждающая ЧСС для контроля ДОРлинейной ФАР L–диапазонаРазмещение двухслойной ЧСС (см. главу 1 рисунок 1.13) на диэлектрической диафрагметолщиной ts в отклоняемом носке крыла показано на рисунке 2.20, расстояние ЧСС–излучатель– 10 мм, что составляет 0,043λАР (λАР – рабочая длина волны ФАР). В L-диапазона ЧССрадиопрозрачна и не препятствует нормальной работе ФАР.671 – обтекатель ЛА; 2 – слои ЧСС; 3 –диэлектрическая диафрагма.Рисунок 2.20 – Общий вид элемента ФАР типа МНИ с двухслойной ЧСС.Тем не менее, ЧСС, расположенная вплотную к излучателю ФАР, изменяет (как правило,ухудшает) качество согласования.

Это влияние, как правило, негативное и зависит от свойствЧСС, типа излучателей, расстояния ЧСС–излучатель. На рисунках 2.21 а, б показаны графикичастотной зависимости модуля коэффициента отражения | Г | от входа излучателя исходнойФАР (линия 1) и того же излучателя ФАР, снабженного ЧСС (линия 2). В данном случаемаксимальное значение | Г | в рабочей полосе частот ФАР возросло с –11 дБ до –7 дБ, в связи счем для компенсации влияния ЧСС параметры излучателя были подстроены (оптимизированысимплекс-методом Нелдера-Мида) при синфазном возбуждении и отклонении луча на45°(приведен, как наихудший случай в заданном диапазоне сканирования). Полученные врезультате подстройки значения параметров приведены в таблице 2.1, графики частотнойзависимости | Г | показаны на рисунке 2.21 линией 3.Таблица 2.1.

Геометрические параметры излучателя и электромагнитные параметрыматериалов.l1, ммl2, ммl3, ммl4, ммh1, ммh2, ммh3, ммh4, ммr, ммεsεlws, ммwl, мм5,652,5–3–2,210,20,790,25Исходный излучатель29394919366542,51,6Подстроенный излучатель с двухслойной ЧСС28,5355416,64170450,935П р и м е ч е н и е : обозначения параметров – см. рисунок 2.23; ws и εs – толщина основания иотносительная диэлектрическая проницаемость материала основания печатной платы; wl и εl – то же длядиэлектрического покрытия печатной платы.68а)б)1 – ФАР без ЧСС; 2 – ФАР с ЧСС, 3 – подстроенная ФАР с ЧССРисунок 2.21 – Графики частотной зависимости модуля коэффициента отражения | Г | отвхода излучателя в модели бесконечной линейной решетки: с двухслойной ЧСС прифазировании по нормали (а) и в направлении 45° (б).На рисунке 2.22 приведены графики частотной зависимости модуля коэффициентаотражения | Г | от входа излучателей линейной восьмиэлементной ФАР на основе излучателятипа МНИ с плоской двухслойной ЧСС расположенной на диэлектрической диафрагме передапертурой ФАР при синфазном возбуждении и в направлении 45°.а)б)Рисунок 2.22 – Графики частотной зависимости модуля коэффициента отражения | Г | от входаизлучателей линейной восьмиэлементной ФАР с двухслойной ЧСС: а) – 0°; б) – 45°.На рисунке 2.23 приведены диаграммы направленности восьмиэлементной ФАР наоснове излучателя типа МНИ с плоской двухслойной ЧСС расположенной на диэлектрическойдиафрагме перед апертурой ФАР (рисунок 2.20) при синфазном возбуждении и в направлении45° в Е и Н плоскостях (линия 2).

Для сравнения приводятся ДН исходной ФАР (линия 1).При синфазном возбуждении ЧСС не оказывает влияния на ДН ФАР. При фазировании внаправлении 45° КНД ФАР увеличивается на 1 дБ, что вызвано подстройкой излучателя из-заналичия ЧСС.69а)б)в)г)1 – ФАР без ЧСС; 2 – подстроенная ФАР с ЧССРисунок 2.23 – ДН линейной восьмиэлементной ФАР на частоте 1.3 ГГц: а), б) – в Н и Еплоскостях при синфазном возбуждении; в), г) – в Н и Е плоскостях при фазировании на 45°.ДОР линейной ФАР из восьми подстроенных МНИ с двухслойной ЧСС была рассчитанаметодом FDTD (сетка дискретизации пространства содержала 98 млн.

ячеек, объем ОЗУ –7,3 ГБ). Результат расчета для нескольких длин волн приведен на рисунке 2.24. Плоскаядвухслойная ЧСС позволяет контролировать ДОР ФАР L-диапазона в рабочей полосе частотЧСС (8 – 18 ГГц). Тем не менее, наблюдается неполное подавление лепестков Брэгга, чтовызвано как частичным перекрытием апертуры излучателя частотно-селективной структуройиз-за ограниченности доступного объема размещения, а также резонансным эффектом междуЧСС и проводящем экраном, например при (DAP / λ = 3.2, θ = 17.5), (DAP / λ = 3.8, θ = 7,θ = 32), (DAP / λ = 5.3, θ = 17, θ = 23).701 – ФАР без ЧСС; 2 – подстроенная ФАР с двухрезонансной ЧССРисунок 2.24 – ДОР линейной восьмиэлементной ФАР2.5.2 Двухрезонансная полосно-заграждающая ЧСС для сниженияДОР линейной ФАР L–диапазонаРазмещение двухрезонансной ЧСС (см.

главу 1 рисунок 1.17) на внутреннейповерхности обтекателя показано на рисунке 2.25, расстояние ЧСС–излучатель – 37 мм(0,16λАР). ЧСС расположена чуть дальше от антенного полотна, непосредственно наобтекателе, но всё же в ближней зоне излучателей.711 – обтекатель ЛА; 2 –ЧСС.Рисунок 2.25 – Общий вид элемента ФАР типа МНИ с двухрезонансной ЧСС.На рисунке 2.26 показаны графики частотной зависимости модуля коэффициентаотражения | Г | от входа излучателя исходной ФАР (линия 1) и того же излучателя ФАР,снабженного двухрезонансной ЧСС (линия 2). При введении в конструкцию ЧСС наблюдаетсяухудшение качества согласования, с –11 дБ до –7 дБ при синфазном возбуждении и с –6 дБ до –4 дБ при направлении фазирования 45°(наихудший случай). В связи с этим параметрыизлучателя были подстроены для компенсации влияния ЧСС, полученные в результатезначения параметров приведены в таблице 2.2, графики частотной зависимости | Г | показанына рисунке 2.26 линией 3.Таблица 2.2.

Геометрические параметры излучателя и электромагнитные параметрыматериаловl1, ммl2, ммl3, ммl4, ммh1, ммh2, ммh3, ммh4, ммr, ммεsεlws, ммwl, мм5,652,5–3–0,790,25Исходный излучатель29394919366542,51,6Подстроенный излучатель с двухрезонансной ЧСС28,53652,517,5417045162,210,2П р и м е ч е н и е : обозначения параметров – см.

рисунок 2.23; ws и εs – толщина основания иотносительная диэлектрическая проницаемость материала основания печатной платы; wl и εl – то же длядиэлектрического покрытия печатной платы.72а)б)1 – ФАР без ЧСС; 2 – ФАР с ЧСС, 3 – подстроенная ФАР с ЧССРисунок 2.26 – Графики частотной зависимости модуля коэффициента отражения | Г | отвхода излучателя в модели бесконечной линейной решетки: с двухрезонансной ЧСС прифазировании по нормали (а) и в направлении 45° (б).На рисунке 2.27 приведены графики частотной зависимости модуля коэффициентаотражения | Г | от входа излучателей линейной восьмиэлементной ФАР на основе излучателятипа МНИ с двухрезонансной ЧСС, расположенной на внутренней поверхности обтекателя,при синфазном возбуждении и в направлении 45°.а)б)Рисунок 2.27 – Частотная зависимость модуля коэффициента отражения | Г | подстроеннойлинейной восьмиэлементной ФАР с двухрезонансной ЧСС: а) – 0°; б) – 45°.На рисунке 2.28 приведены диаграммы направленности восьмиэлементной ФАР наоснове излучателя типа МНИ с двухрезонансной ЧСС расположенной на обтекателе ФАР(рисунок 2.25) при синфазном возбуждении и в направлении 45° в Е и Н плоскостях (линия2).

Для сравнения приводятся ДН исходной ФАР (линия 1). При синфазном возбуждении ЧССне оказывает влияния на ДН ФАР. Видно, что наличие двухрезонансной ЧСС и подстройкаизлучателя не повлияли на ДН ФАР.73а)б)в)г)1 – ФАР без ЧСС; 2 – подстроенная ФАР с ЧССРисунок 2.28 – ДН линейной восьмиэлементной ФАР на частоте 1.3 ГГц: а), б) – в Н и Еплоскостях при синфазном возбуждении; в), г) – в Н и Е плоскостях при фазировании на 45°.ДОР линейной ФАР из восьми подстроенных МНИ с двухрезонансной ЧСС быларассчитана методом FDTD (сетка дискретизации пространства содержала 125 млн. ячеек,объем ОЗУ – 10,1 ГБ). Результат расчета для нескольких длин волн приведен на рисунке 2.29.Конформная двухрезонансная ЧСС, расположенная на обтекателе, позволяет контролироватьДОР ФАР L-диапазона в полосе меньшей, чем рабочая полоса плоской ЧСС.