Диссертация (Периодические СВЧ композитные структуры в бортовых антенных системах), страница 13

Наблюдаетсянеполное подавление лепестков Брэгга, что вызвано изгибом обтекателя, на которомразмещается ЧСС, а также резонансным эффектом между ЧСС и проводящем экраном.741 – ФАР без ЧСС; 2 – подстроенная ФАР с двухрезонансной ЧССРисунок 2.29 – ДОР линейной восьмиэлементной ФАР.2.5.3 Комплексное использование ЧСС и поглотителя дляснижения ДОР линейной ФАР L-диапазонаВ соответствии с результатами, полученными ранее в главе 2, рассмотрим возможностьустранения эффекта «ослепления» ЧСС с помощью поглощающего материала, расположенногона проводящем основании ФАР. Размещение двухслойной ЧСС (см.

главу 1 рисунок 1.13) надиэлектрической диафрагме и поглощающего материала на основе печатного резистивногоэлемента приведено на рисунке 2.30.Поглощающий материал (4, 5) размещается на П-образном металлическом профиле.Параметры поглощающего материала 5 (рисунок 2.14 а): h = 3.6 мм, ε = 1.2, dx = 5.81 мм,dy = 5.76 мм, wx1 = 5.48 мм, wx2 = 3.68 мм, wy1 = 5.23 мм, wy2 = 3.12 мм, sx1 = 0.26 мм, sx2 = 0.56мм, sy1 = 0.3 мм, sy2 = 0.66 мм, R = 26.55 Ом. Параметры поглощающего материала 4 (рисунок2.18 а) h = 3.6 мм, ε = 1.2, dx = 5.81 мм, dy = 5.2 мм, wx1 = 5.29 мм, wx2 = 3.39 мм, wy1 = 4.71 мм,wy2 = 3.41 мм, sx1 = 0.22 мм, sx2 = 0.67 мм, sy1 = 0.27 мм, sy2 = 0.38 мм, R = 24.9 Ом.

Различиямежду геометрическими размерами поглощающих материалов обусловленны доступнойплощадью для их размещения, а также наглоном П-образного металлического профиля. На75рисунке 2.31 приведены характеристи поглотителя для ТЕ поляризованной волны в диапазонеуглов падения плоской ЭМ волны 0…60° с шагом 5°.1 – МНИ; 2 – обтекатель ЛА; 3 – ЧСС; 4, 5 – поглощающий материал.Рисунок 2.30 – Общий вид элемента ФАР типа МНИ с двухслойной ЧСС и поглотителем.а)б)Рисунок 2.31 – Частотная зависимость модуля коэффициента отражения R поглощающегоматериала для TE поляризованной волны: а) – поглотитель 3; б) – поглотитель 4.На рисунке 2.32показаны графики частотной зависимости модуля коэффициентаотражения | Г | от входа излучателя исходной ФАР (линия 1), излучателя исходной ФАР споглощающим материалом (линия 2), излучателя ФАР, снабженного двухслойной ЧСС ипоглощающим материалом (линия 3), а также подстроенного излучателя ФАР, снабженногодвухрезонансной ЧСС и поглощающим материалом (линия 4).

Наличие поглощающегоматериала не оказало существенного влияния на характеристики согласования ФАР.Геометрические параметры излучателя и электромагнитные параметры материалов излучателяФАР с ЧСС и поглощающим материалом соответствуют параметрам подстроенного излучателяв таблице 2.1.76а)б)1 – ФАР без ЧСС; 2 – ФАР с поглощающим материалом без ЧСС; 3 – ФАР с поглощающим материалом и ЧСС; 4– подстроенная ФАР с поглощающим материалом и ЧССРисунок 2.32 – Графики частотной зависимости модуля коэффициента отражения | Г |от входа излучателя в модели бесконечной линейной решетки: с двухрезонансной ЧСС прифазировании по нормали (а) и в направлении 45°.На рисунке 2.33 приведены графики частотной зависимости модуля коэффициентаотражения | Г | от входа излучателей линейной восьмиэлементной ФАР на основе излучателятипа МНИ с двухслойной ЧСС расположенной на диэлектрической диафрагме и поглощающимматериалом, рассположенном на П-образном металлическом профиле при синфазномвозбуждении и в направлении 45°.а)б)Рисунок 2.33 – Частотная зависимость модуля коэффициента отражения | Г | подстроеннойлинейной восьмиэлементной ФАР с двухрезонансной ЧСС: а) – 0°; б) – 45°.На рисунке 2.34 приведены графики КУ линейной исходной восьмиэлементной ФАР наоснове излучателя типа МНИ, ФАР с двухслойной ЧСС и ФАР с двухслойной ЧСС ипоглощающим материалом (рисунок 2.30) при синфазном возбуждении и в направлении 45°.Стоит отметить, что использование поглощающего материала привело к снижению КУ взаданном диапазоне частот (1.0…1.6 ГГц) и заданном секторе сканирования (±45) не более,чем на 0.3 дБ.

При этом, на некоторых частотах удалось обеспечить увеличение КУ решетки,по сравнению с исходным случаем (что обусловлено, по видимому, устранением резонансного77эффекта в П-образном металлическом коробе и улучшению направленных свойств ФАР в Еплоскости)а)б)в)г)1 – ФАР без ЧСС; 2 – ФАР с поглощающим материалом; 3 – подстроенная ФАР с ЧСС и поглощающимматериаломРисунок 2.34 – КУ 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 МНИ с двухслойной ЧСС и поглощающим материаломбыла рассчитана методом FDTD (сетка дискретизации пространства содержала 110 млн.

ячеек,объем ОЗУ – 9,7 ГБ). Результат расчета для нескольких длин волн приведен на рисунке 2.35.Комплексное использование двухслойной ЧСС и поглощающего материала позволилоустранить эффект «ослепления» ЧСС и существенно уменьшить амплитуду лепестков БрэггаДОР ФАР.781 – ФАР без ЧСС; 2 – подстроенная ФАР двухслойной ЧСС; 3 – подстроенная ФАР с двухслойной ЧСС ипоглощающим материаломРисунок 2.35 – ДОР линейной восьмиэлементной ФАР.2.5.4 Сопоставление результатов использования ЧСС дляконтроля ДОР линейной ФАР L-диапазонаВ таблице 2.3 приведены максимальные значения КУ в азимутальной плоскостиисходной ФАР, подстроенной ФАР с двухслойной ЧСС, подстроенной ФАР с двухрезонанснойЧСС, исходной ФАР с поглощающим материалом, подстроенной ФАР с поглощающимматериалом и двухслойной ЧСС.

Наличие периодических СВЧ композитных в виде ЧСС ипоглотителя оказывает сложное влияние на коэффициент усиление ФАР. Из приведенной79таблицы видно, что в заданном диапазоне частот в заданном секторе сканирования вариантФАР с двухслойной ЧСС и поглощающим материалом имеет максимальный КУ для рядачастот и углов фазирования (особенно в нижнем рабочем диапазоне частот ФАР).Таблица 2.3 – Зависимость КУ линейной ФАР с различными ПСК структура со свойствамичастотной селективностиG0, дБИсх.ФАРФАР с2хслойн.ЧССФАР с2хрез.ЧССИсх.ФАР споглот.ФАР с2хслойн.ЧСС ипоглот.1 ГГц1 ГГц1 ГГц1.3 ГГц1.3 ГГц1.3 ГГц1.6 ГГц1.6 ГГц1.6 ГГц0°30°45°0°30°45°0°30°45°7.68.627.6810.18.57712.112.210.28.628.528.810.67.917.7113.311.49.887.78.118.410.28.36.511.811.29.577.7187.769.848.277.4412.111.47.448.678.749.749.838912.610.910.6Для определения эффективности использования ПКС структур со свойствами частотнойселективности для контроля ДОР линейной ФАР L-диапазона при облучении волной Х- и Kuдиапазонами рассчитаем коэффициент снижения ДОР:________________f ДОР(f)ФАР_____________________,(2.13)ДОРФАРЧСС ( f )_____________________________________где ДОРФАР ( f ) – среднее значение ДОР ФАР без ЧСС, ДОРФАРЧСС ( f ) – среднее значение ДОРФАР с ЧСС.На рисунке 2.36 приведен коэффициент снижения ξ(f) ДОР исходной ФАР,подстроенной ФАР с двухслойной ЧСС, подстроенной ФАР с двухрезонансной ЧСС,подстроенной ФАР с поглощающим материалом и двухслойной ЧСС в диапазоне угловзондирования 10 … 55.

Видно, что комплексное использование поглощающего материала сплоской двухслойной ЧСС обеспечивает наиболее значительное снижение среднего значенияДОР ФАР в диапазоне частот 8–18 ГГц от 1.7 до 10.5 раз. Использование двухслойной ЧССпозволило снизить среднее значение ДОР ФАР в 1–3.5 раз в полосе частот 8–18 ГГц.Использование двухрезонансной ЧСС, размещенной на обтекателе, позволило снизить среднеезначение ДОР ФАР в 1–3 раза в полосах частот 8–12 ГГц и 16–18 ГГц. Также отметим, что80использование двухрезонансной ЧСС позволило снизить среднее значение ДОР ФАР в 1.5–5раз в «окне прозрачности» ЧСС (12–16 ГГц), что обусловлено зависимостью характеристикЧСС от угла падения плоской электромагнитной волны, а также конформным размещение ЧССна обтекателе.1 – подстроенная ФАР с двухслойной ЧСС и поглощающим материалом; 2 – подстроенная ФАР двухслойной ЧСС;3 – подстроенная ФАР двухрезонансной ЧССРисунок 2.36 – Коэффициент снижения ДОР линейной ФАР из восьми МНИ.Для определения эффективности использования ЧСС удобно использовать коэффициентподавления лепестков БрэггаNБрДОРФАРЧСС  f  Бр  f  БрДОРФАР  f   ДОРФАР ЧССi 1 iN f , d,(2.14)  ДОР  f , dФАРi 1 iДОРБр – средний уровень ДОР всех лепестков Брэгга, нижние индексы «ФАР» и «ФАР+ЧСС»обозначают исходную ФАР и ФАР, оснащенную ЧСС; N – число лепестков Брэгга нафиксированной частоте f при θ ˂ 60°; Δθi – ширина i-го лепестка Брэгга.Значение  ˂ 1 означает, что ЧСС улучшает усредненную характеристику рассеяния ФАР, ˃ 1 – ухудшает,  = 1 – изменений нет.