P7 (560776), страница 3
Текст из файла (страница 3)
ИССЛЕПОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХЛУЧЕВОЙ АНТЕННЪ| НА ОСНОВЕ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ДИАГРАММООБРАЗУЮШЕЙ СХ ЕМЫ дуб 1. Излучение принципа действия многолучевой антенной решетки иа диагрэммообразующей схеме (ЛОС) параллепьнсго типа. 2. Теоретическое и экспериментальное определение характеристик четырехлучевой антенны на основе параллельной НОС. Тес етичес ая по готовка к боте Лля выполнения работы необходимо изучить материал, изложенный ниже. При подготовке к работе необходимо выполнить расчетное задание. Лля самопроверки в конце описания приведены контрольные вопросы. Введение. Многолучевые многоканальные антенны (ММА) представляют собой устройства, способные формировать в свободном пространстве веер диаграмм направленности, каждой из которых соответствует определенный входят~ канал антенны.
ММА находят применение как самостоятецьные цзлучающие устройства и как элементы сложных антенн, например ФАР. Такие антенны позволяют осуществлять: а) параллспьный обзор пространства в широком секторе углов с высокой степенью разрешения; б) одновременное сканирование несколькими независимыми лучами; в) расшярение секторз однопучевого сканирования ФАР; г) управление формой анаграммы направленности (или нескопькнх диаграмм) антенны. Рассмотрим существующие практические схемы ММА с несколькими независимыми лучами.
К ням относятся, в первую о ~средь, антенные устройства, реализуемые яа основе: а) решеток изпучатепей, объединенных матричной ЛОС паралпельного или поспедоватепьного типов (рис. 1); б) диэлектрических линзовых антенн типа линзы Люпберга с системой облучателей (рис. 2 ); в) зеркальных антенн с системой облучателей (типа пилбокс", "песочные часы") (рпс. 3 ). рещев ка ивлччамеяеи а) Ьеды Рис. 1.
Электрические схемы ММА па основе матрич- ных 11ОС: а — структурная схема матричной ММА; б — пвух- и четырехлучевая антенны на основе параллельных ЙОС; в — трехлучевая антенна на основе последовательной ДОС Отличительным признаком и достоинством ММА на основе параллельной ДОС ~З~ 1рис. 1,б) является то, что из опипаковых восьмиполюсных пелителей мошности, например трехпепнбельных мостов, гибридных колеи и т.п., и набора статических фазовращателей могут быть составлены ММА с различным количеством излучаюн1их элементов и входных каналов при стопро- цеитном КПД. Это обстоятельство предопределяет и ряд недо- статков такой антенны, к числу которых относится прежде все- го отсутствие возможности реализации в апертуре решетки ам- плитудных распределений специальной формы и обязательность использования только четного числа излучающих элементов.
Этих недостатков лишена ММА на основе последовательной ДОС )4) (см. рис. 1,в), позволяющая в принципе формировать веер оргогональных оптимальных в том или ином смысле диаграмм направленности. На рис. 1,в пересечение линий передачи пред- ставляет собой направленный ответвитоль; свободные концы фи- леров подключены к согласованным нагрузкам. В такой ДОС прилципиально предусмотрены потери СВЧ-энергии, определяю- щие КПД антенны в целом и эффективность антенпы для каждо- го канала. Однако существуют ММА на основе так называемых модифицированных ДОС, которые обладают стопроцентным КПД при сохранении всех остальных своих достоинств (рис.
4) )7). Рис. 2. Схема ММА на осно- ве линзы Люнеберга Таким образом, общим достоинством ММА на основе матричных ДОС является возможность формирования веера независимых лучей, каждому из которых соответствует определенный входной канал. Однако их практическое использование ограничено следующими педостатками: наличием большо- Рис. 3. Схема ММА типа "песочные часы" Рис. 4. Схема ММА иа основе модифицировадиий последовательной дсх го числа мостовых устройств СВЧ, статических фазоврашателей и сложной разветвленной фндерной системы приводит к резкому падению КПЙ к ухудшению эффективности каналов при увеличении числа формируемых антенной диаграмм направленности.
При этом матричные ЙОС становятся громоздкими, тяжелыми и весьма чувствительнымн к паразитпым взаимосвязям и рассогласованиям их элементов. Несмотря на это в настоящее время наиболее высокими энергетическими характеристиками (КНЛ, КУ, КПП) при умеренном количестве независимых лучей обладают матричные ЙОС. ММА на основе диэлектрических линзовых антенн требуют высокой точности реализации закона изменения коэффициента преломления в объеме линзы, что ограничивает возможность формирования узких диаграмм направленности. Такие антенны, а также ММА на основе зеркальных апте|ш пе позволяют получить высокий уровень пересечения соседних лучей с сохран~ нпем высокой степени развязки между каналами.
Этот недостаток обусловлен сложностью конструктивного выполнения решетки облучателей с малыми электрическими расстояниями между отдельнымн элементами, обеспечивающими ортогональность формируемых диаграмм направленности. Кроме того, для таких антенн характерен низкий коэффициент использования поверхности, что обусловливает их большие размеры и сложнос.ь конструкции. Основные соотношения. Как отмечалось выше, назначение матричных ЛОС для ММА состоит в формировании набора амплитудно-фазовых распределений (АФР) поля в излучателях решетки, каждому из которых соответствует требуемая диаграмма направленности, Поэтому главное значение при исследовании ММА уделяется изучению свойств НОС, определяющей характеристики направленности и энергетические параметры ММА.
Расположение излу дателей в излучающей части ММА, а также требуемые АФР определяются нз решения внешней зацачи. При этом обычно предполагается, что диаграммы направленности и соответствующие им АФР образуют ортогональные последовательности функций, т.е. цля диаграмм Г ~9, в) и,г ~ э, Р) формируемых при возбуждении лт-го и и-го входов, справедливо соотношение 9Г йк' О, лри жом )" )" Г ~ В, р) ~' ~б, р) уу В ~В а. а о — лри тч =э, где ~7 — КНЛ ММА в направлении максимума ~и-й диаграммы РР/ направленности. Наиболее часто рассматриваются ММА с равномерными амплитудными и линейными фазовыми распределениямя.
Это соответствует вееру диаграмм направленности, одинаковых по форме н разнесенных в пространстве на угол, определяемый условием ортогональности (1). с)испо входов ПОС э( и сектор формирования диаграмм направленности э2 определяемый по уровню их пересечения (рис. 5 ), связаны со средней шириной диаграммы направленности ММА 2 д, соотношением Рис.
5. К орределенню харак- теристик ММА ЯЮ Л гр Е1иаграмма направленности матричной определяется соотношением (2) ММ4 дпя тп. -го пуча Ф г (в, р)=г(в,р) ~~, (з) ФаЖ Я 'р2~ '''~ 7 4 (.ф) здесь знак "+" соответствует лучам, располагающимся справа от нормали, а "-" — спева от нормали к апертуре антенны. Важной характеристикой ММА является уровень пересечения соседних диаграмм направленности. Зля определения этого уровня найдем, используя (3 ), угол, при котором пересекаются два смежных луча. Приравнивая значение диаграммы направлен юсти г номером Яэ и соседней с ней диаграммы с номером тих+1, получим дпя угла пересечения 8 выражение п где г (О (д) — нормированная диаграмма направленности оди- У Р э й ночного излучателя; Ю =,к щ'~уж о -чд й= — Ы вЂ” расстояlУю Р 1 > пне между излучателями; ~ — разность фаз между соседними излучателями при возбуждении ти-го входа ЛОС; А'- копичество излучателей в решетке; Π— угол, отсчитываемый от нормали к решетке.
Фазовый сдвиг между соседними излучателями дпя параллельной ЙОС определяется формулой р =+ — "(г ~-1), (5) Предположив, что диаграмме напрввленности одиночного излучателя решетки ненаправленная(~(ф )е)=у) и подставляя выражение (5) в (3), нейдем уровень пересечения соседних диаграмм Зля двухэлементной антенны уровень пересечения равен 0,707 (-Здб). При увеличении числе излучателей решетки ММА этот уровень стремится к значению ЯЙ" (- 9дЕ), Этот вывод справедлив для линейной ММА и для главных плоскостей плоской ММА.
В диегональных плоскостях плоской ММА уровень пересечения уменьывется до значения -8дБ. Низкий уровень пересечения,зиаграмм направленности определяет падение КН(( антенны в этих неправлениях, что является недостатком ММА. Однако КНП в направлении пересечения можно повысить одновременным включением двух каналов с ближайшими к этому иелравлению лучами, при этом формируется диаграмма направленности, имеюшая максимум в напрввленнн пересечения (рис. 6), е„(ы) обнооремен»ое еоеоежоеньв Г ер-то «итие кокаете Рис.
6. Формирование лучей ММА Важная особенность ММА состоит в том, что уровень пересечения соседних диаграмм ~ и АФР поля в апертуре (а значит и диаграмму направленности) нельзя выбирать независимо. Нз законе сохранения энергии следует, что, зная ( и АФР, можно определить падение КПД для каждого канала ММА.
Пля достижения заданного уровня пересечения диаграмм направленности приходится определенным образом вводить в состав НОС поглошаюшие нагрузки, ограьичиваюшие КПЙ ММА. Можно поквзать 15), что падение КПП имеет место лишь тогда, когда диаграм- 20 мы направленностк ММА не ортогональны, т.е. когда не выполняется условие (1 ). Мерой ортогональностя диаграмм являются нормированныс взаимные сопротивления каналов я (и) Р (и)л',и ы Ф (7) ( (р (и))'т(и )" (Рв(и)( з'и гпе ~„(и) и Р (и) — диаграммы направленности для ~и-го и л -го каналов при нагруженных на неотражаюшие нагрузки остальных каналах ММА; и хд,тра о'. Взаимные сопротивления й безразмерны; они отнесены та В к волновому сопротивлению линий перепач, являюшихся входами ЙОС. Если диаграммы направленности ММА ортогональпые, то 1, если ти =а у' тли ( О, сели ржиц В этом случае КПЛ антенны лля каждого канала может быть сколь угодно близок к 100%.
Ортогональность для заданных диаграмм может иметь место не прн любом уровне пересечения . Таким образом требование ортогональности определяет величину $, Обилие выражения, определяюшне ограничения на КПП ММА с произвольным количеством лучей, весьма громоздки; они приведены в (5,,', Однако лля двухлучевой антенны с произвольными, не обязательно ортогональными диаграммами (и у()), имеют место следуюшие ограничения на КПП а. ( т'= 1,2) каналов: 7 < ~-уу г йй На рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
