Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки (2012) (1151794), страница 9
Текст из файла (страница 9)
модовыми элементами, в принципе, можно описать ости матрицы с Ж х Ж до Л~М х ФМ, где у каждого ру, М мод. Поскольку при решении системы уравзрастает пропорционально кубу размерности матриожет быть затруднителен. Альгернативное решение Напряжение моды на каждом элементе записывает- Глава 7. Взаимная связь импедансной области в каждом узле сетки в и,~-плоскости.
Термин «кратер» используется в силу того, что сопротивление воспроизводит топологическую форму кратера. Таким образом, семейство дифракционных лепестков устанавливает связь между обсуждавшейся ранее концепцией токового листка и подходом с позиции периодических структур. Семейство дифракционных лепестков может быть также выражено в терминах преобразования поля апертуры ~251. Полная проводимость при сканировании ~адмитанс~ АР с прямоугольной сеткой записывается как интеграл в пространстве волновых чисел преобразования Фурье апертурного поля, умно- 7.4. Подходы и спектральной области 27! Глава 7. Взаимная связь а обобщенный множитель сканирования составляет 2 П я1пОО сояфд + — — — — 1 ~х л ~, т + ~ яп2 Ор яп' фо +- 1 — ~1п 2 О о соь2 ф р На) =- сои Ор 7.4. Подходы в сиектральной области активного сопротивления сканирования.
Для нахождения активного соиротивления сканирования экран заменяется зеркальным диполем, расположенным на расстоянии 2Ь. Активное соиротивление сканирования имеет вид 480а~ К оа . ~ уоЬ. Л, = — — --- -'--- соьс2 - —" — -"- япс2 яп- '(~с,ой) Иро. ~~.х~у~ 2 В отсутствие экрана множитель яп2 1,„Ь заменяется на одну вторую. Выражение для реактивного сопротивления имеет вид 7.4. Подходы в сиектральной области ЯЕР со степенью сок О, показывает, что наилучшее соответствие достигается при сок' ~ О; эта диаграмма по мощности проходит приблизительно между кривыми для Н- и Е-плоскостей.
Отметим, что параметры для щелей получаются путем умножения на константу дипольных параметров ~97~. Добавление экрана повышает активное сопротивление сканирования в направлении, перпендикулярном раскрыву антенны, но, что более важно, приводит к смещению значений для Н-плоскости в бесконечную область (см. рис. 7.23 — 7.25).
На этот результат влияет множитель диаграммы направленности экрана, так что в итоге значение ЬЕР структуры «диполи/экранэ ~рис. 7.25) оказывается для всех плоскостей булава 7. Взаимная связь 250 С Б 2оо о О, ж ы 2 15о М х 7.4. Подходы в сиектральной области С" 250 ж х о Р х 200 7.4. Подходы в спектральной области Глава 7. Взаимная связь У ЬЕР имеется примерно 3 дБ-минимум при возникновении дифракционного лепестка, но другие плоскости затрагиваются незначительно.
Ясно, что для широкополосных применений экран сушественен. При других значениях и~ага сетки в области углов дифракционных лепестков наблюдается аналогичное поведение. Угол ослепления возникает потому, что коэффициент отражения в этом случае равен единице. Эти данные сравнивались с вычислениями, выполненными для большой АР в пространственной области, в которых использовались данные взаимного импеданса Картера, при этом достигнуто точное ~~ог ~тазг т~~ь. ГО71 . ГЪИ тпчьл,гт~ьую,,тът пп~г т~а~ттутю уъдот, ттггзз~уъгл Глава 7. Взаимная связь 7.4.2.
Микрополоскоаые антенные решетки Большие ~и бесконечные) АР излучающих элементов (печатных элементов) также поддаются анализу на основе ряда Флоке для периодических ячеек. Это впервые сделано в работе ~73~ для бесконечной АР микрополосковых излучателей со сканированием в Е-плоскости; метод моментов использовался в спектральной области с синусоидальными функциями в разложении тока.
Обсуждение применений спектральных методов момента для слоистых сред приводится Глава 7. Взаимная связь е. Длина печатных антенн выбирается из условий резонанса при оптимальном угле (возможно направление„перпендикулярное раскрыву антенны). Г. Анализируется зависимость козффициента отражения при сканировании от угловых координат во всем частотном диапазоне. у. При необходимости расчет повторяется.
Методические указания по улучшению полосы пропускания сканирующих 7.4. Подходы в сиектральной области 28Б 7.4.3. Печатные диполи Для удобства изготовления микрополосковые диполи и линии питания иногда создаются печатным способом на диэлектрических листах, расположенных перпендикулярно к экрану. На рис. 7.35 приведена схема типичной конфигурации.
7.4. Подходы в сиектральной области Ток диполь 7.5. Комиенсация эффектов сканирования и устранение углов ослеиления верхностной волны, зависящей от шага в Е-плоскости и от расстояния между раскрывом рупора и экраном ~109~. Резонатор горловины рупора и шлейф линии питания существенно влияют на нижний и верхний края частотного диапазона, тогда как на середину диапазона более всего влияет сужение рупора ~111~. Необходимо внимательно учитывать все зазоры в печатных проводниках, так как они могут порождать резонансы с высоким КСВН [108~.).
Зазоры иногда создаются для упрощения изготовления двумерных АР или уменьшения эффектов взаимной связи. Глава 7, Взаимная связь положенные заподлицо с поверхностью антенной решетки ~4~, волноводные элементы, заполненные диэлектриком (в отличие от закороченных вставок) [34~, и АР на основе прямоугольных волноводных элементов с треугольной сеткой размещения элементов ~34~. Последняя схематически изображена на рис. 7.42.
В этих различных структурах 7.5. Кочиенсация эффектов сканирования и устранение уелов ослеиления 29 1 ение, вызванное вытекающей волной Прямое изл элемента Г Выть.*.с',ю;,-,;,, ..: ~.~л.'.;,л, . „,, Глава 7. Взаимная связь Понимание того, как возникают углы ослепления, позволяет принять необходимые корректирующие меры для их устранения ~63,961. Они включают уменьшение размеров решетки с целью предотвращения распространения высших мод, использование переменной внешней структуры или переменного внешнего импеданса и изменение различных параметров для получения достаточно низкого КСВН в широком диапазоне углов.
7.5. Компенсация эффектов сканирования и устранение углов ослепления 1т «уд Глава 7. Взаимная связь 7.5.2.2. Компенсация по цепям питания Сложные цепи питания матричного типа, коррелирующие свою выходную мощность с фазовым сдвигом возбуждения, в принципе, могут обеспечить компенсацию большинства эффектов влияния взаимного импеданса. Такая цепь, подсоединенная между антенными элементами и генераторами, может использоваться для создания безотражательных или нерассеивающих элементов. Первый вариант проще и будет рассмотрен в первую очередь.
С помощью 7.5. Компенсаиия эффенспов сканировпния и устранение углов ослепления 29~~ ) ния передающей и приемной диаграмм направленности элемента, то есть осуществления режима минимального рассеивания для элементов (см. раздел 7.2.4). На практике нерассеивающий режим может быть полезен для одномодовых элементов, таких как щели и диполи. Дальнеишее требование состоит в том, что все взаимные импедансы должны быть реактивными ~7~. Как следствие, взаимный импеданс, будучи пропорционален интегралу ортогонального луча, должен равняться нулю ~115~.
Теперь взаимный импеданс оказывается связанным с диаграммой направленности элементя пса моизности' Глава 7. Взаимная связь щения мод состоит в использовании излучателей на основе волноводов с открытым концом, прямоугольных или круглых, с соответствующим образом измененной внутренней средой или внешним окружением волновода. В работах 1118,134~ используются диэлектрическая вставка в раскрыве прямоугольного волновода и согласующий штырь, а в 1119] используется прямоугольный волновод со ступеньками по ширине и высоте ~в различных плоскостях). В работе ~12Ц рассмотрены как волноводные ступеньки различных размеров, так и ди- электрические вставки в раскрыве волновода, а в ~1351 применены вставки в 7.5. Колтенсация эффектов сканирования и устранение углов ослеиления сетки расположения элементов. Затем устанавливается набор мод волноводного элемента.
Выбор подходящего набора всех этих параметров требует значительно~о опыта, приобретаемого, главным образом, путем численного прогона различных случаев с последующей проверкой результатов. При полном наборе параметров вычисляется полная проводимость единичной ячейки для каждой моды волновода, амплитуда моды при этом принимается равной единице.
Необходимо рассмотрение многих мод в единичной ячейке для обеспечения согласования с полем моды волновода в раскрыве, и для каждой моды единичной Глава 7. Взаимная связь КСВН < 3 составляет 25%, а диапазон сканирования — приблизительно четверть полусферы. Сплошной линией показаны результаты для Е-плоскости„ пунктирной линией — для Н-плоскости. Интересный принцип конструирования, установленный на основе многих расчетов, состоит в том, что поляризационная связь (для АР с двойной поляризацией) уменьшается с увеличением размеров элементов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
