Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки (2012) (1151794), страница 11
Текст из файла (страница 11)
ГШсао, Я. е1 а1.,«А Хшпег1са! СопьЫегаг1оп оп Едце Ейесг оГ Р1апаг 01ро1е Рйакед Аггауя», Кайо Ьс1., Уо1. 21, 1ап.— ГеЬ. 1986, рр. 1 — 12. 13. Оа!1пдо, У.,«Енине Аггауь, Ес1це Ейесй, апс1 Арепойс Аггаук», ш Тйеогу апд Апа1уяь оГ РЬаьес1 Аггау Ап1еппаь, Х. Агп1гау, 'К С~а11пс1о, апд С. Р. %и, ЕЖ., Ъй!еу — 1пгегьс1- ~.т~с р 107'), .,Г'Ь~тъФ» г Я Глава 8. Конечные антенные решетки 35. Бйап1з, В.,«Хоп-1лпеаг ТгапМоггпайопк о1' Вюегцеп1 апд Б1ов1у Соп~егдепг. Бециепсеь», 1. Маей.
РЬуь., Уо1. 34, 1955, рр. 1 — 42. Зб. Ыъек1го, 3. %.,«МШиа1 Соир11пд 1п а Г1пйе Р1апаг Аггау ~чФ 1п1еге1етпепт Но1еь Ргеьеп1», Тгапь. 1ЕЕЕ, Уо1. АР-37, 3ипе 1989, рр. 791 — 794. 37. %пай, Б. ег а1.,«Ассе1егайпц Фе Сопчегдепсе о1' Бепея Кергекепйпу Фе Ггее Брасе Репойс Сз-гееп'я г ипсйоп», Тгапк. 1ЕЕЕ, Уо1.
АР-38, Вес. 1990, рр. 1958 — 19б2. 38. Япдй, Б. апд %пай, К.,«Оп Фе Ые о1 1еип'ь Т-Тгап.Хопп 1п Ассе1ега6пц Фе Бшпгпа6оп о1' Бепеь Кергезепйпд Фе Ггее-Брасе Репойс Сгееп'~ Гипсйопь», Тгапь. 1ЕЕЕ, Уо1. МТТ-41, Мау 1993, рр. 885 — 886. 39. Б1иппег, 1. Р. апд Мшй, В. А.,«МиШа1 СоирИпд Ье1жееп Рага11е1 Со1итп~ о1' Репойс с1лфс эуъ, ~ъ Г г~н ~~л,Р) ътза Я~ззмуъ~ур4аг1 Ьы Рнз1ог Фг~~' Сэйпс ~, Ттчтз~ ! Р1 $, '~|л1,,ф Р ф0 Мри Глава 9. Сверхнаиравленные антенные решетки Таким образом, проектирование сверхнаправленного раскрыва требует ограничений; решетки с фиксированным числом элементов и шагом, в силу конечного числа переменных, этого не требуют, поскольку ясно, что имеет место возбуждение, обеспечивающее максимальную направленность. Здесь будет рассмотрена функция Лагранжа для определения этого максимума, после чего последует проектирование решетки с распределением Чебышева и другими ограниченными схемами оптимизации.
Наконец, будут проанализированы проблемы согласования Глава 9. Сверхнаправленные антенные решетки ность является привлекательной для решеток. Диаграмма решетки продольного ~осевого) излучения для источника длиной А имеет вид У~О) = ~~псе — С~ ~~пО -Р)), Е, ~9.б) 2 где Р— это волновое число на раскрыве. Величина, обратная направленности, пропорциональна выражению 1 ~к,, ~ ~1пс2~ — (/~ ~~0 — ф11~,~~~йнй р 1 Глава 9.
Сверхнаиравленные антенные решетки Второй нежелательной особенностью сверхнаправленных решеток является низкая эффективность, связанная как с потерями в согласующей цепи (см. раздел 9.4.1), так и с потерями в элементах антенны. И то, и другое вызывается низкими сопротивлениями излучения этих решеток. Как правило, элементы в центре решетки имеют самое низкое сопротивление излучения; расчеты для множества малых решеток из изотропных элементов показывают, что Я„,,~ ~ ф.
На рис. 9.10 показаны эти данные. Аппроксимация прямой линией при логарифмическом масштабе по обеим осям выражается следующей формулой 9З. Оптимизация с ограничениями ЗБ 1 Для межэлементного расстояния менее половины длины волны пространственная диаграмма направленности формируется, начиная с точки рядом с концом области +1 Чебышева, далее формируется по колебательному району до другого конца области. Затем возвращается к начальному концу и вверх по монотонной части для образования половины главного лепестка (луча). Поскольку полинам Чебышева М-го порядка имеет М вЂ” 1 колебаний, которые проходятся дважды, и поскольку след от О до 1 и обратно образует центпя льный боковой пеп~тток.
ппостпанственная пиагпа .. - -:.,',,",, ': ... Глава 9. Сверхнаиравленные антенные решетки венные диаграммы направленности в настоящей и предшествующих формах равны у1 ~~ "~(сокЧ'+ 1) ~- сокЧ' — 1' ТА, 1й 1соь — . Тм Π— — — -- — — -- У вЂ” 1.—. 2М, (9.21) 23 2 где верхние индексы 2О показывают, что каждой решетке соответствует свой ких функций, удобно переписать ~о следующим образом: .З, 9З. Оитимизация с ограничениями ЗБЗ Глава 9. Сверхнаиравленные антенные решетки Ширина полосы частот накладывает большие ограничения по сравнению с допусками; решетка Л~ = 3 в целях практичности требует межэлементного шага порядка 0,1Х или больше.
Для решетки с Л~ > 3 ограничения еще более строгие. Направленность выражается следующим образом: (9.24) 9З. Оитимизация с ограничениями 14 9.3. Оптимизация с ограничениями 357 Таблица 9.4. Решетка длиной 0,51„31 К = 1/УБЛ =-- 20 дБ 9.4. Согласование сверхнаправленных решеток 3 Б9 % Другое соотношение, которое может быть напрямую минимизировано, это эффективность главного лепестка: доля мощности, содержащейся внутри главного луча по нулевому уровню. То есть (.4А1У*> (У~ В~ У'~ при этом интегрирование в 19,31) осуществляется Литерат~ ра Таблица 9.5.
Зависимость КСВН от рассогласований импеданса антенны Глава 10. Многолучевые антенны и лучи приближаются друг к другу. Уровень пересечения, рассматриваемый ниже, не изменяется, поскольку эти эффекты компенсируются. Зона обзора занимает область от центра крайнего левого луча до центра крайнего правого луча (Ж вЂ” 1)Х О -„р, — — 2агсяп— 2ЛЫ (10З) Это выражение отражает полный обзор видимого пространства при д =- Х/2 и меньший обзор при д > Х/2. Как и ожидалось, больший шаг элементов создает дифракционные лепестки, при этом дифракционный лепесток, соответст- 4 .'; .
'т! г...";:, ";;.."„:;", .:-;„": ", ~! -', ~, ',,', ."' ",',';,""::,', ." ':,','"" ";;-; „,;:, "!..",:, """- .""., '""- „,'." "- "::""', ."':.::.,:, ."...„, '„' ',"!', .!':"":...", ", ":;,''"": ",",' Л , ''$ '"'.: ', „-'.::'.: ":-,:":"у-" "у:.",-' ' "' ' ".':!"'"''.:- "р",-' ' ' '!..','..: ",',: .',',.;;--;.,': ' ."'::.:,"""." у' . '.:, "':-",'",,Ф" .: ° .."". ' "": ', ° ':-:. '': -:..:,::::.'" -'„:..;,"';,:„,;.'„':",:::::„:...'", . '"'-:.:"„';,"...",-:,: '.,'"„:; -,~~::;„',р",-,':,':;-:„"д',;:„::.:;;;„';-";; -:.;", "',; $ ' " "-", ' ' '" " ' Ф -,1,,;:;,,::..; - „Ф, -,-:;„,=;,.
-,'.„.::.! . -.;-- ..-;„...:::::.,:..:,-: „;;;-...:.:-,,-,,:;--:„;:;.-.:.;.: „:.:::;;- - -,;-, У. :,4 ',,::$ "''"'г' .'''"," "...,; .".", '' 1,'....' "~ ',":.:",'" ', -'."';". ) '".".::" '.,! "::' ".",...' ' "'""..." 4 ',." ' "!.:;,,".: ','"."'" . ":..."'...:., °: 7"', 1:,,', "::. ,'",' " „Р' -:$,~ -,," ' ., ~,"' ',г",; ",." ",," '- - „..;. ',' ": ' -:; .;~;",,' "„.;,:, ' ' "' "~",,',„.
""::...:;.; .„.!! ",!",;„.;- '...!';,,' ", ".::",'"," "":;:;",' ' "' ° ":". !;,Г:" ": „..„."Г;::::г:;~' "; '„' ",;:, „';,""," ':,~, ",' "', '..', ", „:;" ",::"-'",!',;. „-;7 „:;-,, -',;,', ' ',- ' "'ю ' ...'-'.,'-"-''. ю'" . '" '.,'-.„„-'„' ! ": '".:. "1ю ' .. 10.2. Устройства формирования лучеи Оптимизация матрицы Батлера включает улучшение полосы пропускания (24%) с применением дополнительного фазирования, используя разомкнутые шлейфы на линии задержки.
а также более широкополосные последовательные гибридные устройства ~721. В работе ~17~ используется технология шелевой линии для исключения пересечения линий. Боковые лепестки были уменьшены путем использования 8 элементов с неравномерными направленными делителями ~701. 10.2.1.3. Матрицы Бласса и Нопена Глава 10. Многолучевые антенны усова ехр Я3 — у ыпа 0 у Йпа ехр Я3 ~сова 1 0 1 1 факта, определенного ниже, который состоит в том, что ортогональным лучам требуется унитарная матрица связи, где элементы матрицы есть связь и-го элемента антенны с портом и-го луча.
Унитарные матрицы могут быть разложены на произведение элементарных унитарных матриц, из которых здесь представляет интерес следующий тип: (10.5) '" '""" '"-' ь. '"" ' ".'""';,;.,"' """",", ':. "" "„'""," ".'":";,;. ",' """",,'.. „;:. "",",:-" „'.';: "„'.,-; „'"", ";,":...,':„",",",",;р "„";;„' „""," "",,"',„'." „"";"',„-„,;-".",",,";,"—,...,,;,",.„;;,."., ",,":"'.;"„.","„"",",,:„,", —::;."-'„:;;:,':, ""."';-...; — '„,„,;,- "-',"„;--„,«,-' "',»„", "1;„;.
10.2. Устройства формирования лучей 371 ализацию общего алгоритма дискретного преобразования Фурье и применима для любого числа элементов, включая простые числа. По мере увеличения числа коэффициентов в числе элементов решетки матрица Нолена может быть приведена к более простым формам, в результате чего в конечном итоге получается аналог быстрого преобразования Фурье-Батлера, когда Ж =- 2". В силу высокого числа составных частей и трудностей, связанных с настройкой цепи, схема формирования луча Колена используется редко. 10.2.
1.4. Двумерные диаграммообразующие устройства Глава 10. Многолучевые антенны ную) решетку лучей, и они связаны с гексагональной ~шестиугольной) решеткой элементов. Эти формирователи лучей, конечно, более сложные, чем одномерная матрица. Они включают в себя делители мощности с несколькими плечами, в частности„такие как трехканальные делители и фазосдвигающие ячейки 1141. На рис. 10.14 и 10.15 показаны две схемы подсоединения элементов к портам лучей.
На рис. 10.14 триада элементов решетки подсоединена к набору модулей делитель — фазовращатель с выходами, предоставляющими собой триады портов лучей. На рис. 10.15 показано обратное подключение (к мат- 10.2. Устройства Формирования лучей Порты элементов чающая тка Глава 10. Многолучевые антеннь~ эффектов каждого параметра используется серия графиков линзы. Ошибки геометрической фазы и амплитуды на дуге портов элементов, главным образом, изменяются в зависимости от о и Р и в зависимости от неявного параметра, который является нормированной высотой дуги портов элементов.
Наглядные графики демонстрируют, как эти ошибки зависят от параметров. Для линз, где дуга портов лучей и дуга портов возбуждения (питания) являются идентичными, что приводит к полной симметричности линзы, уравнения констпукции значитепьно упрощаются 1571 йл..-:..':,.-.....: .:-, 10.2. Устройства формирования лучей метричной. Далее, параметр Р есть отношение' верхнего (и нижнего) фокусного расстояния~~ кф (10.6) Ясно, что ширина линзы, выраженная в длинах волны, ЯХ, — это еще один параметр. Теперь угол раствора (ширины) луча, излучаемого решеткой, равен ф, и если возбуждается один из фокусов, находящихся вне оси, отноше- Глава 10. Многолучевые антенны Уравнение геометрической линзы является квадратным уравнением относительно длины линии ю, соединяющей порт элемента с соответствующим элементом АР: 2 ж Ью а — + — +с =О, Л Л (10.11) где коэффициенты включают параметры а, Р и у 11 — Р)' С' Глава 10. Многолучевые антенны углах, соответствующих трем фокусам, удовлетворительным подходом является такой, в котором используется одно положение луча в середине между центральным и краевым фокусами, а второе положение луча находится за пределами краевого фокуса.
Ошибки амплитуды происходят во всех портах лучей, поэтому для отображения поведения ошибки амплитуды требуется больше примеров. На рис. 10.25 — 10.28 показана зависимость ошибки фазы от ~ для линз с а = 35, 40 и 45'- для различных значений Р. Обратите внимание на то, что для 10.2. Устройства 4ормироваиия лучеи 385 Обратим внимание на то, что эллиптическая кривая портов лучей — это простой способ реализации оптимальной кривой ~ЗО~.
Этим достигается 13%-ное уменьшение фазовой ошибки; фазовые ошибки для среднефокусных лучей при 17,5' становятся несколько более асимметричными, но находятся по-прежнему на уровне значений ниже ошибок лучей 45'. Обратите внимание на то, что эллиптичность — О,З изменяет основной радиус всего на 5%„поэтому амплитуды остаются практически неизменными.
Главная ось эллипса портов лучей проходит вдоль оси линзы для этой эллиптичности. И2. Устройства формирования лучей 387; Переливание излучения портов элементов и лучей, фазовые и амплитулные ошибки, несоответствия импедансов портов и потери в линии передачи, — все это способствует уменьшению коэффициента усиления линзы. Обратите внимание на то, что, как и в случае рупора, расположенного в фокусе и питаюшего зеркальную антенну, нет потерь распространения рупорного излучателя, что связано со свойством равного пути. Небольшое неравенство других путей отнесено к фазовым и амплитудным ошибкам пути.
Коэффициент усиления будет рассчитываться здесь на основе переливания ~л. п ниа пс~т~, ч 10.2. Устройства 4орл~ирования лучеи 389 фокусов, однако, позволяет разделить линзы на классы и лает представление о том, как ошибки зависят от геометрии линзы. Простейшая фидерная линза имеет плоскую поверхность решетки и плоскую поверхность линзы, а также два фокуса, расположенных симметрично относительно оси в плоскости, содержашей ось.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
