Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Отсюда угловая шн- 2Л рина главного лепестка ДН 2Нс ч — или 20с 115' †. Таким образом, дая получе- Дгг) Д4( ния узких ДН необходимо увеличивать длину антенны ДГг(. Однако, поскольку расстояние между излучшелями должно быть меныпе данны волны генератора (лля получения одного главного максимума излучения), повышения направленности добиваются увеличением числа излучателей решетки )У . Ширину ДН по урааию 0,7 поля можно определить по приближенной формуле 2Нста»089 — рад или 2Нстс 51' —. Л , Л (12 7) дгг( дь( Формула (12.7) тем точнее, чем больше число вибраторов в решетке при заданной величине отношения с)Л .
Практически ею можно пользоваться, если дгт( > ЗЛ . Если излучатели, образуюшне линейную синфазную антенну, обладают наврав- ленными свойствами в плоскости, проходмцей через линию их расположения (рис. ! 2.8), то расстояние между излучателями можно взять большим длины волны генератора (и > Л). В этом случае в интервале изменения обобшенной координаты р, ~( — ~( — %~в 2 Р~с. 12.8. Линейная решетка направленных зУльтиРУюгцей ДН онн будут тсУтс аэлучатсясй вовать, если в этих направлениях Д1 одиночного элемента решетки имеет нулевое или почти нулевое значение. Таким образом, выбором соотаетствукнпего рас. стояния между излучателями (при г( > 4 ) можно получить результируюшсе излучение с относительно низким уровнем боковых лепестков. Если расстояние между излучатегшмн выбрано таким, что можно пренебречь влиянием нх полей друг на друга, тп КНд решетки можно подсчитать по прибли.
женкой фоРмУле (эс ч эгОм, где О, — коэффициент напРавлснного дсйстаиа олино" ного излучатегш в свободном пространстве. Рассмотренные линейные решетки об. падают направленностью только в одной плоскости — в плоскости расположения излу чателей. 12.4. Излучсыые плоское ы простраыствсиыон сыыфазных решеток Ддя сужения ДН в двух ортогональных плоскостях, т.е.
для получения излучения й узком телесном угле, применяют плоские решетки (рис. 12.9), состоящие из Л' ря. рбв излучателей. Каждый рял состоит нз У, излучателей. Таким образом, общее количество излучателей в решетке составляет У = У, й ы Рнс, 12.9. 11лоскак рсшсгка азлучатексй: а — общий аид, б — к расчету ДН решетки з(п — грьз(п.
Уз гг . (Уз йч(Огр) = А Я (Огр) япг' яо — з 2 2 (12.8) Фе р, = Ы,ми 19 и рз = Дс(зз(пр — обабщенныс координаты; О и р — углы, отсчиты- Ммые от нормали к антенне а состветствуюших плоскостях. ы'-заза При расчете ДН плоской решспш сначала рассчитывают ДН линейной решетки (одзюю ряда), а затем кажный рял излучателей заменяют экеиеалслшлеш точечным кзлучашсрли, помещенным в фазовом центре линейной решетки.
Следовательно, расчет плоской Решетки сводится к расчету линейной решетки, расположенной вертикально (рис. 12.9,б), 1шждый эквивалентный излучатель которой имшч амплитудную диаграмму 51П У ду(Огр) з(п Ра 2 Суммируя поля таких излучателей в лальнсй зоне с учетом равенства амплитуд толов в вибраторах и принимая дН злементов решетки,г (б(, р) одинаковыми, получаем Для получения одного главного максимума диаграммы направленности в области л углов — < О < — и — < р < — расстояние между излучателями а решетке должна 2 2 2 2 быть меньше длины волны з(ьз <Л. Плоская решетщ, выполненная нэ симметричных внбратороа, имеет даа главных максимума излучения, соответствующих углам 0=0'(9=0') и ЕЗ=!80'(Р=О').
Прн этом амплитуда поля в максимуме ДН е.(о',о')=лу(о;о )гг,)т,. Для увеличения пространстаенной напраалснноспз, т.е. уменьшения ширины основнога лепестка в обеих главных плоскостях, применяются трехмерньзе (пространственные) решетки, состоящие иэ нескольких (Л',) Одинаковых плоских решеток, расположенных парщшельио н следующих друг эа другом (рис.
12.10,а). Прн расчете ДН каждая плоская решетка заменяется эквиаалентным точечным излучателем (рис. 12.!О,б) и рассчитывается множитель антенны с использованием формулы (12 !) суммироаания полей: а!и злз э!и з з эзп з з Ф, лз . Езу Е (О Р)=луз(ВЮ)(„(В)уз(р)Л'„(а)=Ауз(О р) 2 2 2 (!29) мп щ мп" нп" 2 2 2 где !гз = Изин(90-а), причем угол а = Э прн расчете ДН а горизонтальной шло<кости (па.
зО< на рис. 12.10,а и б) н угол а = р при расчете ДН а аертикальной плоскости (пл. зОу). Рас. И.10. Пространственны решетка а — общий лад; Л - к расчету ДН решшки Если плоские решетки эапитываются в фазе, то для обеспечения максимального излучения в том же направлении, что и максимальное излучение каждой решетки, расстоЯние междУ ними з(з должна РавнЯтьсЯ Л .
Дла Уменьшениа табаРнтоа антенны Расстояние берется равным Л)2, а питание осуществляется со сдвигом фазы зг. В обоих случаях антенна имеет максимум излучения а направлении линии расположения решеток а обе стороны а=О и 180' (рнс. 12.10) 162 12.5. Решетка с линейным набегом фазы. Антенны с злектрнческым сканыроваиыем Рассмотрим систему идентичных нзлу(рзтелей, параллельных друг другу и распосменных на одной прямой (рис.
12.!1). , усть амплитуды токов в излучателях одивы, а фюа тока в любом излучателе отстоя от фазы тока предыдущего излучана одну и ту же величину Рн т.е. фазораспределение по антенне линейное. имем фазу тока в первом излучателе за вую, тогда фаза в л -и иззучатеяе будет йн-1)Ры и поле, созданное зтим излУчате~ам а дальней зоне, найдем как Е„= (12.10) =Ау (ОР)он(ая-Ь„4(л-1)аз). Рне. 12.11. Линейны решетка с лииелиым набегом фазы' а — к рзсчезт ДН, б- схема зсзбтжлзв з Учнтыаая, что г„= г -(и — 1)Аз!лО (рис. !2.11,а), выражение (!2.10) запишем в шше Е„=АЯВ,Р)соа(лг — !г,+(л-1)(ЫзЬО аз)).
Поле всей АР определяется, как и ранее, суммированием полей отлельных излу- штслейз . Гзч Ф ь З!Л! з (ЫЗ!Пб)еа,) ! ып е=чз е,=доз(Ошр) ои(лт — агю)=А/(ОР) — — он(ал — агз), (12.11) (Ыз!онер))! (,2 ) нп 2 "Ые Р = Ебз!об) 4аЗ вЂ” сдвиг по фюе межДу полями соседних излучателей в точке на.бшодення, зз — расстояние от фюовош (геометрического) цешра решетки до точки наблзодеиия, Рассмотрим множитель антенны ззо а з!о~. +!лбь4- — )) у„(0)= 2 = 2 азп — азл(-- А(з1п ез 4 — г )) (12.12) В отличие от сиифазной антенны зтот множитель зависит от сдвига фаз питания рнлучателей уз,. 163 Для создания направленного излучения в одну сторону фазы питания двух пло(йаих решеток должны быть сдвинуты на я)2, а расшаяние между ними А = 214, Максимум излучения в такой антенне имеет место для тех направлений в про.
СтРаиСтас, ДЛЯ КОТОРЫХ УДОВЛстВОРЯстеа УСЛОВИС Уг=2ИР, ГДЕ Р=О, 21, 22,..., т.с. разность фаз полей излучателей, вызванная разностью хода лучей, полностью компеи. снруегся разностью фаз токов галучателсй: Ыз!пб„,сус=Ы)з!п9 + — ' =2тр, Ы/ откуда щ Л ми 9„= — ср —. Ы а' (12.13) ча приме~ вид с!пОш =у-тр —. а Из (12,! 3) следует, что диаграмма направленности имеет несколько главных максимумов. Найдем условие существования одного главного максимума в пределах углов 9 от -и/2 до и/2 . В множителе антенны ,Г„(9) =ап †/ып — этому изменению угла 9 соответ/ууг / .
2 2 ствуег интервал изменения обобщенной координаты — Ы Ог, .йо < Ысщ. Так как периодичность функпии у„(9) составляет 2и, аргумент аг должен удовлетворять условию -2л<агк2и. Следовательно, — 2иа — Ы.ьщ, 2и>Ысугы Отсюда условие существования олного луча с номером р = О в синфазной решетке (щ = О) следующее: Ы< 2л и с/ < Л (рис.
12.12,а). В этом случае Э;„=О', т.е. главный максимум излуче- ния перпендикулярен оси антенны. Рис. 12.12. Множитель решетки с линсйиыч набегом фазы из лятн элементов !зеиирикоеаиы участки, соответствующие реальной Д й —.т ~ 2 с О < и! 2 ) ори различных знаьонияк щ, а — щ =О; Л вЂ” С; =Ы Ото уравнение называют урааиеиие,и качаиислуча, а р — иаиеро,и луча максимасьиого щсучсиия.
Требуемое линейное фазовае распределение в решатке манна получить путем питания излучателей линией с бегущей волной (рис. 12.1!,б). При таком питании фазовый сдвиг между токами соседних излучателей уст = ( — 2и/Л)ус( ! у — замедление фазовой скорости в пишющей линии: у = с/ е —— Л/Л, . Подсшвим в выражение (12.13) значение ~и, = -Луа .
Тогда уравнение качания лу- Если, а частности, ш = ла', то условие существования олного луча (нулевого) ймеет аид 2аа' < 2л и Ф <212 Единственный главный максимум решетки в этом Шбгше направлен вдоль ес оси (риа. 12.!2,6), те. В,„= 90'. Прн промежуточных впаданиях 9«, < Лг( направление максимального излучения луча с номером р = о саставлянекоторый угол, отличный ат 0 и 90', а шаг 2 1 2 <а < 2. Допустимую величину шага в решетке при О < О,„< 90' можно найти ю соотно- )(Р' ний -2л < -Ы.«у~ы 2т > Ы-«9, . Подставляя в первое неравенство значение аб из пения качания (12.13) при условии р = О, получаем — 2т<- Ы- Ы яп О „„откуда г( <А,«()эз!пО,„).
(!2.15) Направления нулевых значений пшш в ДН антенны можно найти из выражения (92.12), приравняв числитель нулю: Вп — Л(У(з!пО +9<)Ы))э=О, Жнуда — Л«й(нШВ +ух)Ы)= рл, 2 йдв ран!, л2, н япВ =р —— 93 Л«и' Ы Направления максимумов боковых лепестков приближенно можно найти по мак!Эманьным значениям числителя (12 12), т.е. принимая яп — Л«и' а(пОы +-сь =1 и — УИ а!лОе„э — '- = — (2р-1), откуда япфя =(2р-1) — —. л уl~ 2Л«г( Ы Нз уравнения (12.13) следует, что перемещение луча в антенной решетке в пространдчве может быть осуществлено: 1) изменением частоты колебаний подкяочеиною генерашзРа илн приемника; 2) изменением фазового сдвига 9< между «плучателями с помощью елсшны фазоврашатслсй, вюпочаемых в питающий тракт; 3) коммушпией (переключени'ем) излучающих элементов решатки, шага излучателей или отрезков питяощнх трактов. ~сан зпз упРавления положением луча осуществляется электрически, то такие антенны йашшаются элекюрически скаиирующиии.
Остронапрзвленные электрически сканирующие ~ншнны позволяют осуществлять быстрый (безынерционный) обзор пространства, уста!!!яку луча в заланную точку пространства, сопровождение нели и т.д. В антеннах с мехалзщсским сканированием управление лучом достигается поворотом, вращением, качанием Н З,д. всей антенной системы, чта ограничивает скорость сканирования. Если в решенье изменение фюоваго распредсяеюи асуществлнсгся механическими йяповрашдтслямн или коммуппорами, то такие япенны называются элекюраиехаиическиРш скаиируюигиии. В остронаправленной антенне с электромеханическим сканированием 106 при неподвижности всей антенной системы вращаются или перемещаются (механически) малоннерционные элементы, по позвачяет увеличить скорости движения луча.
Частотно-сканирующая антениа конструктивно наиболее проста, но электрическое управление положением ДН осуществляется, как правило, только по одной угловой координате, Прн фазовом способе сканирования в плоских решетках (изменением фазового слдига между излучателями по столбцам и строкам) луч перемещается по двум угловым координатам. Под воздействием управляющего тока (напряжения) фаза в фазовращателе изменяется илн дискретно дискретным фазовращатедем, илн плавно При управлении фюовым распределением в антенне при сканировании — фазированин антенны — дискретный фюоаращатсль дает ошибки в установке фазы. Фазоаращатель с плавной харакюристикой управления таких ошибок не имеет, однако сопряжение плавного фазовращателя с системой управления лучом (ЭВМ) приводит, как правило, к дискретности изменения фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
