Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 88
Текст из файла (страница 88)
На излучателях создаются линейные ф з|ые распределения возбуждения, приведенные в табл. 15.1, для поочередного возбуждения четырех правых входов ДОС. В последнем столбце табл. 15.1 указаны значения фазового сдвига ЛФ, между двумя любыми соседними излучателями, Распределения фаз для левых входов легко устанавливаются из условия симметрии правой и левой половин ДОС. Таблица 15.1 Номер лллучвхелл л о входа а~11т 9 10 — я — я 8 8 !! — я 8 8 — Я 8 5 и 8 8 11 — я — я 8 8 !Π— и 8 1 4 — я — я 8 8 3 Л 8 14 — Я 8 9 — я 8 10 15 — — и — — и 8 8 16 — я 8 6 я 8 11 и 8 15 — я 8 5 Ж 8 1 л 8 4 11 — л — и 8 8 13 — Л 8 Множитель направленности при возбуждении входа параллель.
ной ДОС с номером «и имеет вид ~м= ., Ч' =0,51т'8П'~ГСОЗ8 — — "~, в!и %;„ анм 1 31 з!в(В;„~!у) ™" ' ' '1 ри ) где Ж вЂ” число излучателей; е( — шаг решетки; р=2п/Х; лх — угол, отсчитываемый от оси решетки. Фазовый сдвиг между соседними излучателями в общем случае определяется формулой ЛФ~= =~(п+2п(т — 1)!/И, т=1, 2, ..., )у/2, где знак «+з берется для правых входов и знак « — в — для левых. Положения максимумов излучения отдельных лучей находятся из соотношения соз 6 =ЛФ„/(рИ). Пользуясь приведенными формулами, можно установить, что любые два луча пересекаются между собой на уровне 2/и, или — 3,92 дБ.
Положение лучей 8-элементной решетки схематично показано на рис. !5.10, б. Параллельная ДОС выгодно отличается от последовательной, во-первых„принципиальным отсутствием поглощающих элементов, во-вторых, идеальными равноамплитудиыми и линейными фазовыми распределениями возбуждения, в-третьих, гораздо меньшим числом направленных ответвителей (всего ()х/2)1опаУ вместо )ед в последовательной схеме при У лучах!.
Однако параллельная ДОС относительно проста только при числе элементов решетки, У=2р, где р — целое число. Определенным недостатком параллельной схемы является также изменение положения лучей в пространстве при изменении частоты. Интересна аналогия между графом прохождения сигналов в параллельной ДОС и графом выполнения вычислительных операций в алгоритмах быстрого преобразования Фурье.
Изучение свойств параллельной ДОС позволяет лучше уяснить идеи, лежашие в основе алгоритма быстрого преобразования Фурье. С другой стороны, разнообразные реализации этих алгоритмов, в том числе с основанием, отличным от двойки, подсказывают способы построения параллельных ДОС. Сушествует и более общая матричная теория многолучевых антенных решеток [151, определяющая общие способы построения реактивных ДОС для произвольной системы взаимодействующих излучателей. Оказывается, что в многолучевой антенне без потерь с развязанными и согласованнымн входами для отдельных лучей могут быть реализованы только ортогональные между собой ДН отдельных каналов: б~ ( 0 прн тфт', 14п/й при и=т', =( где ьт н ш' — номера лучей; О,— КНД луча с номером нт; ой= = з1г1 йбййр.
При частотном способе сканирования фазовые сдвиги возбуждения излучателей и направление луча решетки регулируются с помощью изменения частоты колебаний. Наиболее' распространенной частотно-сканируюшей антенной является эквидистантная нинейная антенная решетка с последовательной схемой возбуждения элементов 1рис. 15.11).
Мощность к излучателям отводится небольшими дозами из точек главного тракта, отстоящих одна от. Гпайяыо траки Рис. 15ЛК Линейная антенная решетка с частотным сканирова- нием другой на расстояние 1; на конце главного тракта для поддержания режима бегущей волны включена согласованная нагрузка. На рис. 15.11 в линиях, идущих к излучателям, находятся фиксированные частотно-независимые фазосдвигатели, учитывающие способ связи излучателя с трактом. Если излучатели одинаковы и одинаково связаны с трактом, то фиксированные фазосдвигатели исключаются из схемы. Они появляются, например, когда главный тракт перекрещивается между соседнимн элементами нли когда соседние щели в прямоугольном волноводе возбуждаются переменно-фазно. Излучатели решетки располагаются вдоль оси г с шагом й, причем исходи нз условия отсутствии побочных главных максимумов (см.
5 11.6) величина д должна удовлетворять неравенству д(3 м/(1+(сох й~д(), где О,л — угловые границы сектора сканирования при изменении частоты; Х ы — минимальная длина волны в свободном пространстве. Частотно-зависимый фазовый сдвиг возбуждения пары соседних излучателей определяется электрическим запаздыванием волны в главном тракте на длине 1: Л4Р(е) =й(ы)1=о~(/пф(ы), где ()(м) — зависящий от частоты коэффициент фазы в главном тракте; иены) — фазовая скорость в главном тракте. Строгий расчет зависимости (1(ы) должен учитывать нагрузку тракта излучателями и взаимодействие излучателей между собой по свободному пространству и тракту. Однако прн большом числе излучателей каждый из них отбирает нз тракта малую часть распространяющейся мощности и поэтому почти не влияет на фазовую скорость. Тогда можно считать, что зависимость 6(м) такая же, как в регулярном тракте без излучателей.
На любой частоте максимальное излучение решетки получается в направлении 6(<о), в котором пространственная разность хода рм(сов 6 от пары соседних элементов равна фазовой задержке возбуждения на длине главного тракта 1 с учетом дополнительного фазового сдвига Фз в устройствах связи и за вычетом несущественного фазового сдвига, кратного 2п. Это выражается равенством ~зг(соз [6(м)(=~(м)1+Фа 2пМ, М=О, + 1, + 2.... (15.6) С увелнчением частоты фазовый сдвиг ()(ы)1 увеличивается быстрее, чем йзд, и это в соответствии с (15.6) должно приводить к росту соз(6(ы)3, т.
е. к отклонению луча в сторону от входа антенны. Скорость изменения положения главного максимума в пространстве при изменении частоты называют уалочастотной чувствительностью антенны. Чтобы вычислить углочастотную чувствительность, продифференцируем выражение (15.6) по частоте. Принимая во внимание соотношения: 1) ро= — в/с, где с — скорость света в пространстве; 2) ()=ы/п,ь где пь — фазовая скорость волны в главном тракте; 3) дб(м)/дм= (деь/дй)-'= !/о,р, где отр — групповая скорость распространения волны в главном тракте,— и выполняя несложные тождественные преобразования, получаем углочастотную чув.
ствительность: Е дм дз 0,573 Е Е с дб у — =м — = — '~созб — — — 1! 1 дн з!пз ~ а игр/ В этой формуле коэффициент 0,573 введен для перехода от размерности радиан на относительное изменение частоты к более удобным единицам градус на процент изменения частоты. Углочастотная чувствительность максимальна, когда направление максимального излучения совпадает с нормалью к оси решетки: дэ!Ег м! — ~ =0 573 — — .
Современные генераторы СВЧ без особых затруднений допускают перестронку частоты в пределах !Оть. Чтобы при таком нзмененнн частоты осуществить перемещение луча в широком секторе уг;« э. углочастотная чувствительность должна быть равна 5— !0 град/'уь н выше. Повысить углочастотную чувствительность можно двумя способами: !) применяя обычный тракт без сильной частотной дисперсии и используя большое отношение !/д, скажем, больше пяти; 2) выбирая 1/е(ж ! и используя в главном тракте какую-либо замедляющую систему с большим коэффициентом замедления групповой скорости распространения, например с/о„р)5.
Можно показать, что это имеет место при повышенной дисперсии (сильная зависимость фазовой скорости от частоты в главном тракте) илн же при заполнении главного тракта диэлектриком с высокой проницаемостью. Оказывается, что любой способ повышения углочастотной чувствительности приводит к увеличению омических потерь мощности в главном тракте, а второй способ (т. е. увеличение с/о,р) сопровождается также снижением электрической прочности антенны, Поэтому при выборе типа и размеров главного тракта частотно-сканирующей антенны приходится принимать компромиссное решение, ведущее к удовлетворительным результатам как в смысле допустимых размеров главного тракта, так и в смысле КПД антенны н пропускаемой мощности.
При проектировании частотно-сканирующей антенны вначале обычно выбирают тип главного тракта и приблизительное отношение 1/е( исходя из требуемой углочастотной чувствительности н находят присущую этому тракту частотную зависимость р(м). Затем с помощью соотношения (!5.6) выбирают такие конкретные значения д, 1 и Фь, чтобы на центральной частоте диапазона перестройки генератора луч решетки был ориентирован в нужном направлении, и уточняют зависимость углового положения луча от частоты. Непосредственное присоединение излучателей к главному тракту может приводить к нежелательным последствиям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
