Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки (2012) (1151794), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Для расчета взаимного импеданса могут использоваться формулы Картера; удобная программа на ФОРТРАНе предложена в ~29~. Для волновода с диэлектрическим заполнением может использоваться более точное значение взаимного импеланс. 1. н Глава 6. Системы Ргитания антенных решеток входной проводимости и уравнениям модовых напряжений. Обычно этот метод обеспечивает сходимость за 6 — 10 итераций, и он использовался для расчета многих линейных и плоских щелевых антенных решеток, включая решетки с профилированной огибающей боковых лепестков (см. гл.
3). Схема АР на основе продольных волноводных щелей показана на рис. 6.7. 6.1. Последовательные линии питания диапазоне значений шага решетки существует только один луч? Показательны два примера. Первый — ТЕМ-линия с межэлементными связями, сдвинутыми на л по фазе. Необходимость несинфазной связи объясняется ниже, Если, как обычно, Π— угол, измеряемый от направления, перпендикулярного раскрыву антенны, а д — шаг решетки, то межэлементный фазовый сдвиг, необходимый для положения главного луча под углом Оо, составляет Ы яп Од,. Значение фазы вдоль линии питания равно Ы-- л, где л — несинфазный член. Таким обра- ЧГЪ3И АязГщ1ЪР 17тЪЛ'РНРтт1ЯР.
1МЛ4РР'Т ЯИП Глава б. Системы иитания антеннык решеток Теперь ясно, почему нежелательно использовать антенные Т%-решетки с синфазной связью. Фазовое уравнение в этом случае имеет вид (6.121 И яп 0О + 2пл =- М. Для и = О (яп 0Π— — 1) это уравнение при любом значении шага допускает наличие направленного вперед главного осевого луча. Хотя лучи, соответствующие л =- 1, 2 и так далее, ориентированы под требуемыми углами, осевой луч присутствует всегда. 6. 1. Последовательные линии питания 20! В выбранном примере луч, соответствующий значению п = — 1, возникает при И/Х = 1.25, тогда как луч, соответствующий и = 1, возникает при а/Х = = 0.9375.
Не показанный луч для значения и = 2 возникает при д/Х -- 1.563. Этот рисунок дает картину образования мод, но не годится для расчета, поскольку применим только для Рф = 0.6. На рис. 6.10 показана зависимость углового положения луча от шага решетки для различных значений Дф: Рф =- 0.5(0.1)0.9. С помощью этого графика значения р/1 и д/Х могут быть согласованы для того, чтобы задать положение фиксированного луча.
25 Ф:! 202 Глава б. Системы литания антенных решеток 3 С$ И о ф/~<=О 5 Й 6. 1. Последовательные линии иитания и = 1 до Х Обозначим долю входной мощности, рассеиваемую на концевой нагрузке, как А (6.17) а распределение активной проводимости вдоль волновода как 6,. При учете потерь в волноводе множитель л, описывающий потери мощности между щелями, имеет вид: ~,=. „ехп(;2пЖ,, Глава 6.
Системы иитания антенных решеток Если потери пренебрежимо малы, то ю = 1. Обычно потери учитываются только в том случае, когда они велики, или когда межэлементные потери сравнимы с минимальными потерями, обусловленными активной проводимостью. Коэффициенты возбуждения Г„обычно находятся из распределения„например, однопараметрического распределения Тейлора или распределения Тейлора с параметром л, а нормирующие множители Г„обеспечивают Рщ — - 1. Отметим, что доля отводимой мощности связи на каждой щели равна 6/(1+ б), Часто встречается непрерывная версия уравнения (9.169) ~44~ 6.1. Последовательные линии иитания ляется хорошим значением для максимума.
Помимо трудности реализации больших значений, для них нельзя более пренебрегать эффектом рассогласования импеданса. Конечно, у больших АР величина активной проводимости на щель ниже. Эти кривые для Ж = 29 можно (приближенно) преобразовать в универсальные кривые путем умножения соответствующих значений на Ь/2 == = 14.5. Значения активной проводимости при различных Ж тогда получаются путем деления новых значений на Ж/2. Однако для получения точных результатов после задания количества щелей необходимо провести новое вычисле- Глава б. Системы литания антенных решеток 0.24 0.20 0.16 ° й о о И 5~ 0,12 о 6.1. Последовательные линии питания ле 6.1.1, за исключением модовых напряжений, имеющих здесь подстрочные индексы.
Фактически, модовое напряжение л-й щели связано с модовым напряжением (и — 1)-й щели и ее полной проводимостью, где элементы нумеруются, начиная от нагрузки. Это соотношение имеет вид ,У„~ = софИ+ ~ "- яп~И. (6.26) 6о Параметр У, определяется ниже, а д — шаг размещения щелей вдоль вол- 6. 1. Последоватсльные линии ишиания 209 де от входного отверстия до каждого из излучающих элементов одна и та же„ поэтому никаких изменений положения луча с частотой не происходит.
Другое преимущество состоит в том. что излугатели испыгывают одинаковый эффект влияния дисперсии в волноводе. Излучающие волноводы расположены вдоль направлений максимумов диаграммы направленности антенны таким образом, чтобы апертура была поперечно-направленной. Это задает угол между питающими и излучающими волноводами. Глава 6. Системы питания антенных решеток ном сканировании изменяется направление, перпендикулярное раскрыву антенны, то наблюдается значительное изменение импеданса вследствие сложения активных проводимостей всех элементов.
Активные проводимости элементов или связей определяются так же, как и для АР бегушей волны. Если изгибы волновода, необходимые для создания змеевидной конструкции, недостаточно согласованы по частотному диапазону, то может потребоваться вычисление полной входной проводимости с помощью методов, разработанных для резонансных АР. Отражения от элементов связи порождают боковой лспе- 6. 1. Иоеледовательные линии питания Направленныи ответвитель на основе скреп1» нных Волноводов )'меньшеннои и стандартнои высоты с крестообразными и связи Согласованная оконеч ная агрузка направленного твен витсля Извилистая Глава б; Сиегггемы ггитания антенных реигепгок 6.1.4.
Сканирование с помощью фазовращателей В линейных последовательных цепях питания сканирование может осуществляться с помощью фазовращателей, встроенных в линии питания или непосредственно у излучающих элементов. Это, соответственно, схемы с последовательно и параллельно включенными фазовращателями. На рис. 6.26 приведены схемы этих конфигураций. При использовании АР на основе волноводных шелевых линеек места для размешения фазоврашателей не остается.
6.!. Поаведоватвллные линии питания 21$ ты, но чаще переключатели, согласованные нагрузки и средства управления изготавливаются в виде интегральных модулей, встраиваемых в полосковую или микрополосковую линию. Наиболее употребительными. особенно в диапазоне > 10 ГГц, являются монолитные микроволновые интегральные схемы. Конечно, в данных фазовращателях используются временныс задержки, но поскольку наибольший разряд изменения фазы обычно соответствует 180, они классифицируются как фазовращатели.
В цифровых фазовращателях используется двоичный код: 5-разрядный фазовращатель обеспечивает сдвиг Глава 6. Системы питания антенньи решеток 6.2. Параллельные линии питания 6.2.1. Объединенные линии питания Объединенные (корпоративные) линии питания широко распространены в АР на основе диполей, волноводов с открытым концом и микрополосковых антенн. Они называются так в силу конфигурации структурной схемы, где линия 6.2. Параллельные линии питания 2! 7 Злсмснты Фазоврмдатеяи Устройства 1лава 6.
Системы питания антенных решеток бенно в случае монолитных микрополосковых интегральных схем, высоки, поэтому для достижения рентабельности модулей требуется большое количество единиц продукции. Твердотельные и ламповые модули обсуждаются в работе ~5Ц; современный технологический уровень рассматривается в работе Я. Модули могут использоваться для всех элементов или линейных АР в составе АР, сканирующей только в одной плоскости.
На рис. б.29 изображен модуль, питающий шесть печатных диполей. Модули для плоских АР обсуждаются в разделе б.З. 6.3. Двумерные. схелы питании 6.3.2. Антенные решетки с последовательным возбуждением В плоской АР с линейно поляризованными элементами последние могут быть последовательно ориентированы для получения излучения с коуговой поляризацией 132. 33. 241. 6З. Двумерные схемы питания 6.3.4. Электронное сканирование в двух плоскостях У большинства двумерных АР излучающие элементы расположены по регулярной сетке столбцов и строк, и схемы питания следуют той же геометрии. В случае плоских АР с неподвижным лучом на основе волноводных щелей излучающие элементы являются неотъемлемой частью линии питания, Как отмечалось в разделах 6.1 и 6.2, компоненты основной и вторичных линий питания могут быть резонансными, объединенными или построенными нл основе Глава 6.
Системы иитания аитеииих решеток дится поправка на фазовые сдвиги в линии питания бегущей волны. При всех двумерных геометриях сканирования возможно упрощение схемы питания до схемы одномерного сканирования. Например, линии ответвлений могут быть линиями питания неподвижного луча, а главная магистраль может быть линией питания бегущей волны с частотным сканированием. Последовательные линии питания ответвлений могут быть резонансными; это часто используется, если по ним не производится сканирование. У параллельно-последовательнои схемы питания имеется ряд ответвлений п$4нии, питзния,с перпл Яда пьными 6.3. Двумерные схемы питания р "е Р~ д,т,,гъ~ъпкъсь ътипттт,тки птмтдитя, питзтпнт ивююъцът рятн.-.:"--,,; вставками (частота среза ниже, чем у волновода с воздушным заполнением) и поляризаторы.
В последовательно-объединенной схеме питания корпоративное питание используется для возбуждения линий ответвлений, как показано на рис. 6.40. Главным преимуществом объединенного питания является свойственная ему большая широкополосность; в этой схеме нет изменяющегося с частотой сдвига фазы между линиями ответвлений или между элементами. Глава 6. Системы питания антенных решеток 6.4. Оптические (фотонные) системы питания Потенциальные преимушества применения оптических (фотонных) технических средств для обслуживания и возбуждения фазированных АР двоякие: обеспечение временнбй задержки без использования больших, тяжелых линий передачи с потерями и уменьшение веса, объема и стоимости устройств. Здесь кратко рассматривается эта быстро развиваюшаяся область.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
