Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (1151801), страница 39
Текст из файла (страница 39)
152 4.4, Согласование и азаимныг связи а актеннвгх решетках Г!ри проентировании оказываются весьма полезными два эмпирическ,х метода. 1. Волноводные модели обеспечивают определение полного сопротивления элемента в бесконечной решетке при использовании всего нескольких элементов. На основе результатов этих измерений в модели может также определяться эффективность схемы согласования.
2. Наилучшая общая оценка параметров решетки достигается при получении ДН элемента путем возбуждения одного из злементов и закорачивания соседних элементов. Сильные отражения при атом на определенных углах сканирования оцениваются по нулевым провалам в ДН элемента, йнзрн ытйнтгиее устрогрстз"а сд7,рз нзн йумнанин еленента 10 еднннннын, нннрнгнннннн нра угнзе 0' Рис. !3. Сигналы, обтсловлеиныо связью центрального влоивитв с соселнннн. Оба этих метода рассматриваются в данном параграфе ниже. Влияние взаимной связи. При значительном разнесении двух антенн (или элементов) энергетическая связь между ними мала, и влиянием приемной антенны на возбуждение и ДН передающей антенны можно пренебречь.
При уменьшении расстояния между антеннами взаимная связь становится сильнее. В общем случае величина связи определяется расстоянием между элементами, их ДН и конструкцией системы в зоне непосредственной близости от элементов. Например, ДН вибратора имеет нулевое значение при углах 0 = ж90' и является всенаправленной в плоскости 0 = 0'. Поэтому можно ожидать, что в внбраторах, расположенных з линию, связь будет меньше, чем при параллельном расположении. Если элемент находится в решетке, состоящей из многих элементов, то влияние связи будет значительным и обусловливает сильные изменения ДН и полного сопротивления элемента. Термины Яру элемента и полное сопротивление элемента относятся к случаю, когда элемент находится в рабочих условиях (т.
е. в антенной решетке с возбужденными соседними элементами). Каждый возбуждаемый элемент в решетке связан с каждым соседним элементом. Связь нескольних элементов с типовым центральным элементом 00 показана на рис. 13. Здесь Сти рч представляют собой коэффициенты взаимной связи, определяющие 153 Гл. 4. Фазироаанные ангенные решетки связь напряжения (амплитуды и фазы), наводимого в тп-и элементе, с напряжением возбуждения в рфм элементе Сигналы в результате связи складываются векторно и создают волну, распространяющуюся к геаератору элемента 00 и представляющую как бы отРажение от излучателя элемента 00.
При изменении фаз сигналов возбуждения соседних элементов для обеспечения сканирования луча векторная сумма сигналов связи меняется, что обусловливает явные изменения полного сопротивления элемента 00. При некоторых значениях угла сканирования напряжения связи складываются в фазе н обусловливают появление значительных отражений, а возможно, и подавление главного лепестка.
Значительные отражения часто возникают при углах сканирования со значениями, близкими к значениям момента появления днфракционного лепестка в действительном пространстве; однако и некоторых случаях подобные отражения могут происходить при меньших углах сканирования.
Описанные выше изменения полных сопротивлений не учитывают влияния линии передачи или фазовращателя н справедливы при допущении, что связь между элементамн происходит лишь путем излучения. Прн этом можно измерить коэффициенты взаимной связи и, используя пранцип супер- позиции, найти векторну|о сумму составляющих напряжения„поступающего от всех элементов решетки (илн, по крайней мере, элементов, находящихся в непосредственной близости от исследуемого).
В результате определяется напряжение отражения, поступающего обратно к генератору. Итменення полнык сопротивлений в решетке зависят от конструкций линий передачи и фазовращателя. Если учесть их влияние, то полные сопротивления могут отличаться от значений, рассчитываемых по описанной выше методике. Тем не менее описанная методика позволяет выивить механизм изменения полного сопротивления антенны для случаев, когда элементы защищены от влияния других факторов, например, в конструкциях с независимымн питающими устройствами для каждого элемента (т. е, с собственным генератором и устройством развязки).
В этом случае необходимо лишь измерать Ко в любой линии передачи и точно определять пределы нзмеиеаия полного сопротивления и величины расевгласовання. Для многих линий передачи это ие представляется возможнйм, и измерения отраженной энергии будут давать ошибочную информацию. До тех пор, пока не обеспечится сбор всех отражений обратно в некоторую центральную точку (может использоваться отдельная система линий передачи), часть отраженной энергии вновь переатразится и приведет к появлению значительных боковых лепестков, Этот случай будет рассмотрен для совмещенных линий передачи. В больших антенных решетках полное сопротивление элемента, находящегося вблизи центра решетки, часто принимается за типовое полное сопротивление каждого элемента в решетне. Как и следовало ожидать, эт т элемент испытывает наибольшее влииние элементов, находящихся в непосредственной близости от него. При сканировании в решетке существенное влияние оказывают элементы, удаленные на несколько длин волн.
Для диполей над'вйвемлениой плоскостью величина связи между элементами быстро падает с увеличением расстояния. Для расчетов в качестве типового эле цента болыпой антенной решетки можно взять элемент в решетке, состоящпй нз 5 М 5 эдементов. Для вибратора без заземленной плоскости (или сдвоен ных щелей а заземленной плоскости) связь между элементами ослабляется не так быстро и вполне грнемлемой для него является, го-вндимому, решетка из 9 Х 9 элементов. В решетие с открытыми концами волноводов достаточно иметь 7 Х 7 элементов.
Если необходим точный расчет параметров решетки, то требуется ббльшее число элементов, чем указано выше (27, 28). Часто удобно допущение, что решетка бесконечна в пространстве н имеет Равномерное распределение амплитуд и линейное изменение фазы от элемента к элементу. В этом случае каясдый элемент решетки находится в абсолютно одинаиовых условиях н расчеты дая одного элемента справедливы )04 4.4.
Согласование и взаимные связи а антенных решетках Для всех элементов. Подобные допущения существенно упрощают расчеты изменений полных сопротивлений элементов. Кроме того, измерения полных сопротивлений, выполненные на моделях, соответствуют полному сопротивлению элемента з бесконечной решетке. Несмотря на допущения, модель бесконечной решетки позволяет рассчитывать с достаточно высокой точностью полное сопротивлеаие решетки и его изменении. Даже для решеток со сравнительно небольшими размерами (менее 100 элементов) получено вполне приемлемое совпадение с данными для бесконечной решетки [29). Диаграмма направленности элемента решетки.
Как определено ранее, ДН антенной решетки есть произведение ДН элемента и множителя решетки Е(О, р)=Е,(О, р)Е.(О, р). Множитель решетки определяется геометрическим расположением элементов и их фазировкой при условии, что антенные элементы являются всенаправленными и отсутствует взаимная связь между элементами. Максимальное значение множителя решетки не зависит от угла сканирования. Диаграмма направленности элемента определиется при расположении его в составе решетки и при наличии других элементов с учетом всех взаимных связей и имеющихся рассогласований.
Из определения следует, что при сканировании максимум ДН Е (О, ф)шах изменяется в соответствии с формой ДН элемента. Диаграмму направленности элемента можно снять экспериментально при подаче сигнала на элемент н подключении всех других на согласованную нагрузку. Число указанных элементов выбирается тзк же, как при определении взаимных связей в больших антенных решетках, что рассл~атривалось выше.
Если имеется направление, в котором главный лепесток не формируется илн наблюдается значительное уменьшение КНД, то это соответствует нулевым значениям ДН антенного элемента. С точки зрения энергетических соотношений КНД идеально сагласоеа((- ноа решетки изменяется при отклонении оси луча на угол Оь иах проекция плошади апертуры (24): 0 (Оь) = (4пА/У) созОь. Если допустить, что все М элементов решетки вносят одинаковый вклад в общий КНД, то КНД одного элемента Ог (О) = (4пА (Мйз) соз О.
Еслв элемент не согласован, а коэффициент отражения Г (О, ф) зависит от угла отклонения луча, то ДН элемента (по мощности) преобразуется к виду бг (О) = (4п4! Мйз) (соз О) [1 — [ Г (О, чр) [) . Из данного выражения видно, что ДН элемента включает составляющие, которые характеризуют полное сопротивление элемента [30[. Разность между мощностью, излучаемой в пределах ДН элемента, и мощностью, поступающей на вход антенны, доли иа равняться отраженной л1ащности. Для сканирующей решетки это означает, что потери средней мощности при сканировании равны потерям мощности в ДН элемента за счет отрангений. Поэтому оказывается недостаточным согласовывать один элемент при всех закороченных соседних элементах. Мощность, излучаемая этим элементом, будет частично попадать на соседние элементы.
Подобные потери мощности со'- ответствуют средним потерям средней мощности при сканировании. Идеальная, хотя н необязательно реализуемая ДН элемента обеспечивает концентрзцию всей езлучаемой мощности в заданном направлении. ДН в результате имеет форму полупернода косинуса на пьедестале. При этом обеспечивается получение максимально~о КПД антенны для данного количества элементов. 155 Гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
