sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 86
Текст из файла (страница 86)
5 11.6) величина д должна удовлетворять неравенству д(3 м/(1+(сох й~д(), где О,л — угловые границы сектора сканирования при изменении частоты; Х ы — минимальная длина волны в свободном пространстве. Частотно-зависимый фазовый сдвиг возбуждения пары соседних излучателей определяется электрическим запаздыванием волны в главном тракте на длине 1: Л4Р(е) =й(ы)1=о~(/пф(ы), где ()(м) — зависящий от частоты коэффициент фазы в главном тракте; иены) — фазовая скорость в главном тракте. Строгий расчет зависимости (1(ы) должен учитывать нагрузку тракта излучателями и взаимодействие излучателей между собой по свободному пространству и тракту. Однако прн большом числе излучателей каждый из них отбирает нз тракта малую часть распространяющейся мощности и поэтому почти не влияет на фазовую скорость.
Тогда можно считать, что зависимость 6(м) такая же, как в регулярном тракте без излучателей. На любой частоте максимальное излучение решетки получается в направлении 6(<о), в котором пространственная разность хода рм(сов 6 от пары соседних элементов равна фазовой задержке возбуждения на длине главного тракта 1 с учетом дополнительного фазового сдвига Фз в устройствах связи и за вычетом несущественного фазового сдвига, кратного 2п. Это выражается равенством ~зг(соз [6(м)(=~(м)1+Фа 2пМ, М=О, + 1, + 2....
(15.6) С увелнчением частоты фазовый сдвиг ()(ы)1 увеличивается быстрее, чем йзд, и это в соответствии с (15.6) должно приводить к росту соз(6(ы)3, т. е. к отклонению луча в сторону от входа антенны. Скорость изменения положения главного максимума в пространстве при изменении частоты называют уалочастотной чувствительностью антенны. Чтобы вычислить углочастотную чувствительность, продифференцируем выражение (15.6) по частоте. Принимая во внимание соотношения: 1) ро= — в/с, где с — скорость света в пространстве; 2) ()=ы/п,ь где пь — фазовая скорость волны в главном тракте; 3) дб(м)/дм= (деь/дй)-'= !/о,р, где отр — групповая скорость распространения волны в главном тракте,— и выполняя несложные тождественные преобразования, получаем углочастотную чув.
ствительность: Е дм дз 0,573 Е Е с дб у — =м — = — '~созб — — — 1! 1 дн з!пз ~ а игр/ В этой формуле коэффициент 0,573 введен для перехода от размерности радиан на относительное изменение частоты к более удобным единицам градус на процент изменения частоты. Углочастотная чувствительность максимальна, когда направление максимального излучения совпадает с нормалью к оси решетки: дэ!Ег м! — ~ =0 573 — — . Современные генераторы СВЧ без особых затруднений допускают перестронку частоты в пределах !Оть. Чтобы при таком изменении частоты осуществить перемещение луча в широком секторе уг;« э.
углочастотная чувствительность должна быть равна 5— !0 град/7ь н выше. Повысить углочастотную чувствительность можно двумя способами: !) применяя обычный тракт без сильной частотной дисперсии и используя большое отношение !/д, скажем, больше пяти; 2) выбирая 1/е(ж ! и используя в главном тракте какую-либо замедляющую систему с большим коэффициентом замедления групповой скорости распространения, например с/о„р)5. Можно показать, что это имеет место при повышенной дисперсии (сильная зависимость фазовой скорости от частоты в главном тракте) илн же при заполнении главного тракта диэлектриком с высокой проницаемостью.
Оказывается, что любой способ повышения углочастотной чувствительности приводит к увеличению омических потерь мощности в главном тракте, а второй способ (т. е. увеличение с/о,р) сопровождается также снижением электрической прочности антенны, Поэтому при выборе типа и размеров главного тракта частотно-сканирующей антенны приходится принимать компромиссное решение, ведущее к удовлетворительным результатам как в смысле допустимых размеров главного тракта, так и в смысле КПД антенны н пропускаемой мощности.
При проектировании частотно-сканирующей антенны вначале обычно выбирают тип главного тракта и приблизительное отношение 1/е( исходя из требуемой углочастотной чувствительности н находят присущую этому тракту частотную зависимость р(м). Затем с помощью соотношения (!5.6) выбирают такие конкретные значения д, 1 и Фь, чтобы на центральной частоте диапазона перестройки генератора луч решетки был ориентирован в нужном направлении, и уточняют зависимость углового положения луча от частоты. Непосредственное присоединение излучателей к главному тракту может приводить к нежелательным последствиям. В частности, < затрудняется согласование главного тракта при прохождении основного лепестка ДН через нор- Ф маль к поверхности решетки, когда отражения от всех излучателей складываются в главном 1 тракте синфазно (эффект «нормали»).
Кроме то- Х го, наблюдаются искажения амплитудно-фазового распределения возбуждения из-за взаимодействия излучателей. Поэтому часто осуществляют ! отвод мощности нз главного тракта к излучателям с помощью направленных ответвителей. Прн включении согласованной нагрузки в свободное плечо каждого направленного ответвителя указанные недостатки устраняются в результате псу глощения мощности, отражающейся от входов излучателей. Эскиз одной из практичееких конструкций чара«.
15.12. Во»бум- стотно-сканирующей антенны показан на рис. !5.12. В этой антенне формирование ДН в плокала азиейным ис. скости частотного сканирования Осуществляется точняком с частот- линейной решеткой, а в перпендикулярной плояым с««заре»звя'- скости луч формируется за счет оптических свойств параболического цилиндра. Излучателя- ~,. РР"РРР: »-";,"РР;; ми являются наклонные щели в узкой стенке а«й: 4 — »«»кало: 5 — ПРЯМоуГОЛЬНОГО ВОЛНОВОДа, КОТОРОМУ ДЛЯ УВЕЛИ" чения углочастотной чувствительности придана змейкообразная форма. Мощность, излучаемая щелями, направляется на параболической отражатель небольшим рупором, который показан условно только на одной проекции.
злключннип Можно сказать, что в настоящее время техника антенн и устройств СВЧ достигла определенного «уровня зрелости», Развитие ее идет не по пути создания принципиально новых типов антенн и 'элементов тракта, а в основном по пути улучшения электрических характеристик, совершенствования конструкций и технологии производства и расширения областей применения, в частности в результате освоения диапазона миллиметровых.и субмиллнметровых волн. Наиболее динамично развиваются многоэлементные антенные системы на основе фазированных антенных решеток (ФАР). Возрастает чинтеллектуальность» ФАР, под которой понимается способность одновременно решать ряд задач: обзор ц поиск целей, опош.ш.анне и сопровождение обнаруженных целей, адаптивное подавление естественных или искусственно созданных помех и т.
д. Становится доминирующим взгляд на многоэлементную антеннофидерную систему как на главную и определяющую часть системы пространственной обработки сигналов. Интенсивно разрабатывается новая элементная база ФАР: излучающие элементы, распределители мощности, фазовращатели, устройства встроенного контроля функционирования элементов и т. д. Развивается теория и совершенствуются конструкции конформных ФАР, естественно вписываемых в контуры объектов, для которых они предназначены.
Наряду с общетеоретическими задачамн синтеза оптимальных амплитудно-фазовых распределений возбуждения ФАР (или, что то же самое, весовых коэффициентов для линейной обработки сигналов отдельных излучателей) важное значение приобретают разработка схем я создание алгоритмов управления ФАР в реальном времени, в частности алгоритмов адаптации к изменяющейся помеховой обстановке. Устойчивой тенденцией развития устройств СВЧ, входящих в ФАР, является увеличение их плотности компоновки.
Намечается переход к полосковым конструкциям на гибкой рулонной ленте, помещаемой между слоями сотового диэлектрика. В таких конструкциях полосковые излучатели удачно объединяются без промежуточных разъемов с системой фазовращателей и распредели' тельными цепями возбуждения.
Еще одним быстро прогрессирующим направлением антенной ' техники является создание гибридных зеркальных антенн, сочетающих зеркала больших электрических размеров (более 50 длин волн) и облучающую антенную решетку с небольшим числом эле:.ментов (не более 100), располагаемую вблизи фокальной области зеркала. Антенны такого типа перспективны, например, в системах космической связи через геостационарные ИСЗ, на борту которых необходимо формировать систему остронаправленных лучей. Прн этом должна сохраняться возможность наведения каждого луча — шириной в доли градуса — на нужного корреспондента. К числу основных теоретических проблем при создании гибридных зеркальных антенн относятся выбор наилучшего взаимного расположения зеркал и облучающей решетки и синтез оптимальных амплитудно-фазовых распределений в облучающей решетке с целью получения требуемых диаграмм направленности изменяемой формы прн одновременной максимизации коэффициента усиления антенны.
Особенностью конструкций бортовых гибридных зеркальных антенн для геостационарных ИСЗ является широкое применение новых легких и высокопрочных конструкционных материалов, например углепластов, н возможность доставки антенной системы в космос в сложенном (упакованном) состоянии с последующим развертыванием. Успешная разработка современных антенн и устройств СВЧ немыслима без автоматизации процессов проектирования н экспериментальных исследований и испытаний. Развитые в последние годы численные методы решения злектродинамических задач позволяют в ряде случаев существенно повысить точность расчетов антенн и устройств СВЧ и тем самым сократить объем экспериментальных исследований. Однако создаваемые системы автоматизированного проектирования антенн и устройств СВЧ еще далеки от завершения из-за многообразия применяемых конструкций устройств в различных диапазонах длин волн и множества существующих технологий изготовления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
