Диссертация (1137113), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Каждое из такихсфокусированныхраспределенийвэтойпоследовательностилокализуется в правой или левой половине многомодового волновода.Последующие участки многомодового волновода, образованныеметаллическимиперегородками,осуществляютдальнейшуюфокусировку распределений и сведение их к входным каналамантенны. Длины этих волноводов определяются из решения системынеравенств:kmr ( zr zr 1 ) r (mod 2),31mr 1,2,...,M r ,(1.21)гдеkmr k 1 (mr / 2ar ) 2распространенияmr-йволныв-продольнаяволноводеr-гопостояннаяразделения;1 Mrr kmr ( zr zr 1 ).M r mr 1Эта система неравенств решается для областей с индексами r =1, 2, …, R–2.
В области R–1 распространяются лишь волны H10 и H20.Поэтому определить продольную координату последнего разделения– значит рассчитать длину щели волноводно-щелевого делителямощности с полной связью.Недостаток МА на основе многомодовых волноводов – быстроеувеличение их длины с ростом числа лучей N. Проанализировав (1.18)и (1.19), можно заметить, что длина антенны l ≤ ·(1–/)·(N2–1). Этообстоятельство приводит к быстрому уменьшению КПД антенны засчет тепловых потерь, возрастающих с ростом числа лучей:ТП exp(2l ) ,(1.22)где – коэффициент затухания ближайшей к критическомурежиму распространяющейся волны в многомодовом волноводе допервого разделения.Среднее значение КПД, обусловленное не идеальностьюразвязки входных каналов может быть вычислено из следующегосоотношения:sin 2 2 2 log2 N.(1.23)При N > 16 КПД МА на основе многомодовых волноводов резкопадает из-за их большой длины.321.5 Линза РузаВСВЧтехникеширокоприменяютсявкачестведиаграммообразующих устройств металлические пластины, длясоздания линз с показателем преломления, зависящим от частоты.Одно из таких ДОУ было предложено Рузом [4].Показательпреломления среды между проводящими пластинами отличается отпоказателя преломления в свободном пространстве.
Линзы с такимиметаллическими пластинами, описанные прежде в литературе,подчиняются закону Снеллиуса.33Сечение А-А(а)Сечение В-В(b)Рис. 1.13. Нормальная линза (a) и линза с принужденнымпреломлением (b) .Линзы с такими металлическими пластинами, описанныепрежде в литературе, подчиняются закону Снеллиуса.Согласнокоторому направление распространения луча зависит от оптическихсоотношений, включающих показатель преломлениясреды. Такиелинзы, которые условно назовем "нормальными" линзами, показанына рис.
1.13 (a).Нужно отметить, что металлические пластины формируютконтур линзы и что изменение фронта волны достигается в плоскости34проводящихпластин(т.е.плоскостивектораэлектрическойнапряженности).Линзы (рис. 1.13 (b)) имеют "прнужденный" тип. Здесь лучи"управляются" или "вынуждаются" металлическими пластинами, и ихуправления не зависит от показателя преломления. Очевидно, чтотакие линзы не подчиняются закону Снеллиуса. Нужно заметить, чтоздесь металлические пластины - просто прямоугольные листы, и чтофокусировка достигается по нормали к проводящим пластинам (т.е.по нормали к вектору напряженности).35Потери в схеме РузаОтклонение лучадБРис. 1.14. Потери при отклонении луча.Кроме увеличения потерь при отклонении луча, на большихуглах (>350) появляется второй главный максимум.1.6 Линза ГентаПроект линзы Генты – не что иное, как измененная линза Руза.Отличие заключается в том, что параметр N не равен параметру Y (см.рис.
1.15). Это изменение служит возможности использования гибкихкоаксиальных кабелей, а не волноводов. Дополнительная степень36свободы в линзе разрешает использование четырех независимыхпараметров – это плоская передняя поверхность, два симметричныхфокуса вне оси и один фокус на оси.Рис. 1.15 Линза Гента.1.7 Линза Ротмана в качестве диаграммообразующегоустройстваВ данном разделе рассматривается возможность примененияплоской многолучевой линзы Ротмана в качестве ДОУ многолучевойантенной решетки. Потребность в таком исследовании возникла припроектировании системы питания ФАР. Основанием выбора именнооптической системы питания стало предположение, что полученныесхемыпитанияхарактеристикибудутиболееиметьвысокиепростую37радиотехническиеструктуру,чемобычноиспользуемые схемы Бласса и Батлера, и, следовательно, будутдешевле и менее трудоемки в изготовлении.
[5]Линза Ротмана, еще называемая линзой «шнуркового» типа илилинзой из коаксиальных кабелей, состоит из двух вспомогательныхантенных решеток. Выходы первой вспомогательной решетки,которую для определенности будем называть внутренним профилемлинзы, соединяются коаксиальными кабелями непосредственно свходами основной решетки (внешний профиль линзы), создающуюсобственно апертуру антенны.
Вторая вспомогательная решетка(решетка облучателей) формирует отдельные каналы антенны,соответствующие различным лучам ДН. Линза называется плоской,когдаэлементыметаллическимипрофилейплоскостями,располагаютсяавполостимеждумеждудвумянимираспространяется СВЧ-энергия. На рис. 1.15. приведен возможныйвариант конструкции линзы, где 1 – зеркало, 2 – линейка излучателей,3 – согласующие шлейфы, 4 – входные рупоры [6].381234Рис. 1.16. Вариант конструкции линзы Ротмана.В рамках исследования были заданы следующие требования.
Вприемном канале необходимо обеспечить 5 независимых лучей, длячего были применены 5 входных рупоров, которые должны былииметь достаточный уровень развязки (не выше 10 дБ). Внешнийпрофиль линзы формируется 64-мя излучателями на расстоянии 42 ммдруг от друга, что создает размах антенны 3 м. Моделирование этойтопологиипроводилосьприпомощипрограммыэлектродинамического анализа Н-плоскостных волноводных структурTAMIC RT-H PLANAR на частоте 3,9 ГГц.
Так как сначаланеобходимо было получить лишь первое приближение, то в основувыбора именно такой топологии устройства лег простейший случайлинзы Ротмана. В этом варианте радиус, на котором располагаютсярупорырешеткиоблучателей,равняетсярасстояниюмеждувспомогательными решетками. Тогда внутренний профиль линзыпредставляет собой дугу окружности, а не принимает более сложнуюформу.391.8 Многолучевая линза Максвелла«Рыбий глаз» Максвелла [7] — абсолютная оптическая система,представляющая неоднородную сферически-симметричную среду,характеризующуюся показателем преломления(1.24)где r — расстояние до центра системы O, n0 и a — параметры(см. рис.
1.17).Рис. 1.17. Геометрическая интерпретация линзы Максвелла.Каждый луч представляет собой окружность, не проходящуючерез O, или прямую, проходящую через O. Изображение точки,создаваемое системой, удобно строить по прямому лучу: все лучи изпроизвольной точки P0 собираются в точке P1, лежащей на прямой,40которая соединяет P0 с O; P0 и P1 расположены по разные стороны отO, и произведение(1.25)Следовательно, «рыбий глаз» Максвелла является абсолютнойоптической системой, в которой отображение осуществляетсяпреобразованием инверсии.
Плоскость, не проходящая через O,изображается сферой.В этой системе отсутствуют все аберрации, кроме дисторсии икривизны поля изображения.1.9 Линза МикаэлянаПусть имеется среда с непрерывно меняющимся в направленииу показателем преломления n(у) (рис. 1.18). [10] Линейный источникэлектромагнитных колебаний, совпадающий с осью OZ, излучаетцилиндрические полны. Требуется подобрать такой закон измененияпоказателя преломления n(у), чтобы все "лучи", посылаемые этимисточником, доходили до плоскости x=x0 за один и тот же промежутоквремени.
Это означает, что волна, имеющая цилиндрический фронтвблизиисточника,распространяясьвтакойслоистойсреде,постепенно деформируется и подходит к плоскости x=x0 с плоскимфронтом. Если справа от плоскости x=x0 среда однородна, то участокот прямой OZ до указанной плоскости фокусирует параллельныелучи, падающие на плоскость x=x0, в линию, совпадающую с осьюOZ.41Рис. 1.18. Распространение лучей в линзе Микаэляна.В начале О цилиндрической системы координат расположенисточник сферических волн. Если показатель преломления изменяетсяпо закону:(1.26)то в плоскости z=1 фаза будет постоянна, т.е.
сферическаяполна, испускаемая источником О, распространяясь в такой слоистойсреде, постепенно меняет свой фронт и, подходя к плоскости z=1,превращается в плоскую волну.1.10 Линза ЛюнебергаНаиболее известной сканирующей антенной оптического типаявляется линза Люнеберга [9]. Она представляет собой сферическисимметричную преломляющую структуру, которая осуществляетполные геометрические отображения двух заданных концентрическихсфер друг на друга.
В простейшем случае одна из этих сфер имеетбесконечный радиус, а другая сфера совпадает с поверхностью линзы.42Пучок параллельных лучей, приходящий с любого направления,должен фокусироваться на поверхности линзы в точке, диаметральнопротивоположной направлению прихода волны. Таким же образом,лучи от точечного источника, помещенного на поверхности линзы,должнывыходитьспротивоположнойеестороныввидепараллельного пучка.Линза Люнеберга, обладающая подобными свойствами, должнаиметь коэффициент преломления n, изменяющийся в функциинормализованнойрадиальнойкоординатывсоответствииссоотношением:(1.27)Заметим, что коэффициент преломления равен единице при р=1,такчтолинзаоказываетсясогласованнойсосвободнымпространством.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
