Комягин Р.В., Хандамиров В.Л. Исследование антенны с электрическим сканированием лучом (2015) (1095429), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Облучатели фазированных антенных решетокРассмотрим основные особенности антенн, используемых в качестве облучателей ФАР с оптическим способом возбуждения.В качестве облучателей ФАР используют те же типы слабонаправленных антенн, что и для зеркальных антенн. Требуемое амплитудное распределение в раскрыве антенны должна обеспечиватьДН с минимальным уровнем поля за пределами раскрыва. Облучатель должен иметь фазовый центр, т. е. создавать поле со сферическим фазовым фронтом, минимальные поперечные размеры, электрическую прочность и частотные свойства в соответствии с аналогичными параметрами антенны, а также механическую прочность, стабильность параметров при изменении метеоусловий идопускать герметизацию тракта. В целом к облучателям ФАРпредъявляются те же требования, что и к облучателям зеркальныхантенн.

Но для уменьшения фазовых искажений в апертуре ФАРширина диаграммы направленности облучателя должна быть неменее размеров сектора сканирования.Вибраторные и щелевые облучатели наиболее употребительны всантиметровом диапазоне волн при небольших мощностях излуче28ния. При уменьшении длины волны их использование становитсязатруднительным, так как их размеры должны быть соизмеримы с λ.Могут применяться рупорные облучатели. Существует множество разновидностей рупорных антенн [2]. При выборе облучателянужно опираться на требуемые характеристики. Так, при круглойформе раскрыва ФАР и необходимости получения осесимметричной ДН выбор должен пасть на конические гофрированные рупоры, обеспечивающие одинаковое амплитудное распределение вобеих плоскостях.

Также имеет значение выбранный тип излучателей, требуемая форма ДН, поляризация и т.д.Волноводно-рупорные антенны являются одними из самых распространенных антенн сантиметрового диапазона волн. Они могутформировать диаграммы направленности шириной от 100…140°(при раскрыве специальной формы) до 10…20° в пирамидальныхрупорах. Возможность дальнейшего сужения диаграммы рупораограничивается необходимостью резкого увеличения его длины.Волноводно-рупорные антенны — широкополосные устройства,обеспечивающие перекрытие по диапазону до 1,5 : 1. Возможностьизменения рабочей частоты в еще больших пределах ограничивается возбуждением и распространением высших типов волн в питающих волноводах.

Коэффициент полезного действия рупорнойантенны высокий (около 100 %). Рупорные антенны просты в изготовлении. Небольшое усложнение конструкции (включение в волноводный тракт фазирующей секции) обеспечивает создание поля скруговой поляризацией (при соответствующих форме и размерахпоперечного сечения питающего волновода).Главными недостатками рупорных антенн являются:● громоздкость конструкции, ограничивающая получение узких диаграмм направленности;● трудности регулирования амплитудно-фазового распределенияполя в раскрыве, препятствующие снижению уровня боковых лепестков и созданию диаграмм направленности специальной формы.При расчете рупорных антенн сначала ориентировочно задаютгеометрические размеры антенны, а затем определяют ее электрические параметры.

Если выясняется, что при определенных размерах электрические параметры антенны не соответствуют заданным, то расчет повторяют. Размеры подводящего волновода определяются исходя из условия распространения в волноводе толькоосновного типа волны.29Антенны в виде открытого конца волновода обладают слабойнаправленностью, и их коэффициент усиления находится в пределах 6 … 7 дБ. Такие антенны чаще всего используют в качествеэлементов фазированных антенных решеток, в облучателях простейших параболических антенн, а также в качестве слабонаправленных антенн летательных аппаратов.Для увеличения направленности и уменьшения отражения открытого конца волновода применяют рупорные облучатели. Нарис. 1.10 показан Н-секториальный рупор, т.

е. рупор, расширяющийся в плоскости вектора Н. В рупоре возникает волна, подобнаяволне Н10 в прямоугольном волноводе. Однако секториальный рупор отличается от волновода тем, что в нем фронт волны образуетцилиндрическую поверхность, а фазовая скорость является переменной величиной, зависящей от отношения a /  .Рис. 1.10. Н-секториальный рупор и структура поля в нем при возбуждении волной типа H10 прямоугольного волновода:aр — величина раскрыва пирамидального рупора; bр — величина раскрыва секториального рупора; Е — линии напряженности электрического поля; Н — силовые линии магнитного поля; αM — угол раскрыва рупора; N — эквифазная поверхность; M — поверхность раскрыва антенны30Размеры раскрыва пирамидального или секториального рупораaр и bр (см. рис.

1.10) выбираются по требуемой ширине диаграммы направленности в соответствующей плоскости или по заданному значению КНД:в H-плоскости2 0,5  1,18;aр(1.19)20,5  0,89.bр(1.20)в E-плоскостиДН пирамидального рупора в E- и H-плоскостях соответственно:cos sin 0,5kb р sin В,0,5kb р sin 1В1FE () 2cos 0,5ka р sin FH ()    cos .222    0,5ka р sin 2(1.21)(1.22)Диаметр раскрыва конического рупора 2r выбирается из следующих соотношений:в H-плоскости20,5  1,23;2r(1.23)20,5  1,05.2r(1.24)в E-плоскости311.6.3.

ФазовращателиОсновной элемент ФАР — фазовращатели (ФВ), число которых в остронаправленных сканирующих решетках может составлять несколько десятков тысяч. Расстояние между ними обычнолежит в пределах (0,5 … 1,0) λ.Фазовращатели должны иметь высокий КПД, достаточнуюэлектрическую прочность, стабильность характеристик и бытьрассчитаны на минимальную мощность, необходимую для управления ими. Фазовращатели должны быть высоконадежны, простыи технологичны, обладать малыми габаритами и массой.В настоящее время в ФАР применяются фазовращатели с дискретной регулировкой фазы.

Одной из разновидностей таких фазовращателей являются так называемые цифровые фазовращатели.Проходной цифровой фазовращатель разбивают на m каскадов,каждый из которых может находиться в одном из двух состояний,соответствующих определенным значениям фазового сдвига. Так,при управлении i-м каскадом фазовый сдвиг будет изменяться навеличину   i 1 , где i = 1…m. Например, если фазовращатель2состоит из трех каскадов (разрядов), то первый разряд будет обеспечивать изменение фазы проходящего поля на 180°, второй — на90°, а третий — на 45°.Фазовращатели в зависимости от типа фазорегулирующего илиуправляющего элемента подразделяют на ферритовые, полупроводниковые, микроэлектромеханические, сегнетоэлектрические и т.

д.Рассмотрим наиболее распространенные их типы, применяемые в ФАР.Ферритовые фазовращателиВ ферритовых фазовращателях фазовый сдвиг обусловлен изменением магнитной проницаемости феррита под воздействиемвнешнего магнитного поля.Применение ферритовых ФВ в большинстве случаев становится целесообразным на частотах 1 ...

2 ГГц и выше. На болеенизких частотах во избежание значительных потерь в фазовраща32теле требуется намагничивать ферритовые элементы до значений, превышающих точку резонанса, что приводит к неизбежности применения весьма мощных и громоздких в управлении магнитных систем.Наиболее экономичными по энергозатратам на управление являются фазовращатели с замкнутой магнитной цепью, обладающие магнитной памятью.

В таких ФВ изменение намагниченностиферрита, а следовательно, и вносимого фазового сдвига осуществляется короткими импульсами тока, по окончании воздействиякоторых фазовый сдвиг остается неизменным в течение длительного времени.Фазовращатели с незамкнутой магнитной цепью применяютсялишь в ряде специальных устройств, например, когда требуетсянепрерывно изменять фазу волны в очень широких пределах илиесли по условиям технологии производства сформировать замкнутую магнитную цепь невозможно.Ферритовые ФВ подразделяют на два класса: невзаимные, создающие фазовый сдвиг, зависящий от направления распространения волны, и взаимные.В невзаимных ФВ феррит подмагничивается поперечно относительно направления распространения волны, во взаимных, какправило, — продольно.Взаимные ФВ подразделяются на проходные и отражательные.Последние, как правило, имеют более простую конструкцию именьший продольный размер.

При их использовании в полотнеотражательной ФАР проще разместить электронные блоки системы управления, что особенно важно при создании антенн миллиметрового диапазона волн.Управляющие устройства (УУ) должны обеспечивать установку заданного значения фазового сдвига с необходимой точностьюи с учетом формы фазовой характеристики (ФХ), а также ее изменения в диапазоне частот и температур. Форму и изменения ФХ вдиапазоне частот обычно учитывают алгоритмическими методами.Изменение же свойств фазовращателя в диапазоне температур таким способом учесть и устранить трудно, а иногда и невозможно.Поэтому ФВ либо снабжаются системой термостабилизации, либосистема управления строится так, что изменения параметров феррита в зависимости от температуры учитываются автоматически.33Оба этих подхода дополнительно усложняют и удорожают радиотехническую систему в целом.Для управления ФВ применяются системы с переменной амплитудой или переменной длительностью управляющего импульса и системы с обратной связью по магнитному потоку.

При использованииуправляющих импульсов с переменной длительностью (времяимпульсный метод) применяется, как правило, цифровой метод формирования управляющего сигнала и достигается сравнительно высокийКПД выходных устройств (усилителей) системы управления.Система с обратной связью по магнитному потоку позволяетослабить зависимость управляемого фазового сдвига от таких факторов, как температура ферритового сердечника, изменяющиеся впроцессе старения параметры феррита, амплитуда управляющегонапряжения и т. д.Фазовый сдвиг во взаимных ферритовых ФВ не зависит отнаправления распространения ВЧ-энергии.

Наиболее широко применяются взаимные ФВ, которые состоят из полого металлического волновода и ферритового стержня, расположенного вдоль егооси и намагниченного однородным продольным полем. Распространяющиеся в такой линии нормальные волны с правой и левойкруговой поляризациями (две ортогональные моды) имеют разныепостоянные распространения, зависящие от направления вращениявектора магнитного СВЧ-поля по отношению к направлению приложенного внешнего магнитного поля.

Характеристики

Список файлов книги