Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Дискретность фазироаанил антенны, происходящая при дискретно-коммуташюнном способе сканирования и фюовом сканировании с дискретным фазоврашателем, имеет определеяные преимущества, как например, возможность уменьшения влияния различных дестабилизирующих факторов на характеристики направченности. Антенные решетки с фазовым или дискретно-коммутационным способам управления лучом называют фазпроеаллымн пашенными режетклма. Такие антенны находят широкое практическое применение. 12.6.
Расчет антенных решеток радиосистем В зависимости от назначения системы и требований к направленным свойствам нспаль емыс антенны мо т с сствснно отличаться от простейших моделей. Амплитулное распределение по решетке бывает спадающим к краям решетки (рис. 12.13) для умсныпения уровня боковых лепестков, затухающим по экспоненте при последовательном возбуждении линией передачи (см. рис.
12,1!,б) иаи другой сложной формы. Излучатели могут располагаться на выпуклых поверхностях (см 1 рис. 12.1,д-эю), иметь различную ориентацию в просзранстве и размещаться неэкаилистантно В Рнс. 12.13. самгаюшее амплитудное этих случаях лля опрелеления поля излучения а гжспледеаеане по элементам решетки джшней зоне необходимо суммировать поля от- дельных излучателей с учетом поляризации, л Рацшюш амплитуд и фаз, т.е. Е=~ К„. Обозначив для 9- н р-сосшвляющих пшы л-го нзаучатсла лнагцаммы иапРавленности чеРез Ге (В,Р), Р (О,О„); комплексные амплитуды через лв, Д; фазы возбуждения через р„, получим по аналогии с (12.
11) б = ~г~ц Р (Огй) Р(-2 „+У„); б =~ Д Р (В,с) Р(-У „+д„); й=щ,бе+О:,Е„ 1 1 Здесь Ве, ф, — единичные орты сферической системы координат. 186 В этих выражениях нс улается вынести за знак суммы амплитуду и ДН элемента, овос распределение в решетке получается сложным. Поэтому не представляется жным свернуть этн суммы в замкнутые выражения, удобные для анализа. Решить задачу синтеза антенной Решетки, т.е. определения параметров решетки анной диаграмме направленности, из анализа сумм не удается. Редким исключеиз этого является синтез линсйнъгх оптимальных эквидистантных решеток с ф-чебышевским амплитудным распределением.
Такие решетки с линейным фазе. аспределением позволяют получить минимально возможный уровень боковых естков (УБЛ) при заданной ширине луча нли при заданном уровне боковых лепестинимальную ширину луча [3). В инженерной практике для построения антенных ок радиосистем используют следующий подход. На стадии предварительных етов Лдя нахождения формы, римеров решетки, амплитудного распределения поят от дискретной системы к непрерывно излучающей, т.е.
Решетки заменяют изщими раскрывами. В этом случае суммы переходят в определенные интегралы, ые могут быть вычислены в удобном для анализа виде. Характеристики излучающих раскрывов хорошо известны в теории антенн СВЧ позволяют выбрать различные варианты построения антенной решетки по задан- ширине луча, УБЛ, КНД, сектору сканирования, рабочей полосе частот и т.д. Дапроводят дискретизацию, заменяют излучающий раскрыв решеткой излучателей с алентными параметрами и численными методами (путем прямого суммирования ) определяют основные характеристики. Используя современные вычислительредства и варьируя параметры выбранных вариантов антенных решеток, по ретатам численных расчеюв устанавливают оптимальный вариант антенны для при- критериев качества (3).
12Л. Взаымодействые излучателей в репзетке ы диаграмма ылправлеыыосты излучателя. Метод ыаведенных ЭДС В антенных решетках, состоящих из близко расположенных излучателей, иабяюЗыатся эффект взаимного влияния излучателей друг на друга за счет излучаемых элекомагнитных полей. Взаимодействие между антеннами, размещаемыми в пространстРе. имеет место всегда, но проявляется по-разному. Расположение олной антенны относительно другой в дальней зоне не вызывает )вменения характеристик этих антенн.
В антенной решетке слабонаправлениых излуфателей с шагом порядка длины волны имеется сильное взаимодействие. В результате р)юге у одиночного элемента меняются дН, сопротивление излучения, входное сопро)(Ввлеиие, резонансная частота, рабочая полоса и электрическая прочность. Это взаидействие будет различным в зависимости от шага решетки, взаимной ориентации и з)яправленности излучателя, места юлучатсгш в решетке (а центра и на кРаю). В эяекйрическн сканирующих антеннах прн движении луча взаимодействие излучателей ю~аеияется Физика происходящего лр и а вз модейс может быть поясиена следую.
)йны обрюом. Возбуждение одного голучателя в решетке наводит таки (поля) в сосед- излучателях, которые начинают переизлучать Поэтому дН одиночного излучателя уст фрагмент решетки. При управлении фазовым распределением в ФАР меняВтся наводимые токи и, соответственно, взаимодействие. В зависимости от типа излуйззчля а решетке наводимые токи (поля) проявляются по-разному. В резонансных из- тот лучателях (аибраторных, шелевых) распределение тока по элементу сохраняется и в первом приближении остаегся гармоническим, а изменяется лишь амплитуда тока. В излучателях бегушей волны и апертурных излучателях меняется распределенно тока или поля по элементу. Для удобства расчетов решеток с различными типами иэлучате. лей вводится определение ДН элемента в решетке. В соатаетстаии с ГОСТ 23282-78 под ДН излучателя в решетке Р„(В, р) понимается ДН возбуждаемого элемента, при этом асе остальные излучатели нагружены на согласованные нагрузки.
Зта ДН может сушестаеино отличаться от ДН одиночного слабонапрааленного элемента наличием глубоких провалоа для некоторых направлений. Зги провалы яыэаанм интерференцией прямой и псренэлученных волн. В ФАР при формировании луча в направлении «про. выел ДН элемента резко падает КНД решетки и, следовательно, излучаемая антенной мошдость.
При этом резко возрастает коэффициент отражения от входа излучателя вследстане изменения входного сопротивления. Под аходшям сопротивлением иэлучатела а решетке понимают входное сопротивление элемента при аоэбуждении всей решетки плоской волной с линейным фазоеым распределением, соотаетствуюшнм направлению луча В,1«,„.
Входное сопротивление излучателя зависит от фазового распределения, т.е. от направления формировании луча 2 (Вм, аг„) . Сушестаует свяэь между Г„(В„,Р,„) и величиной 2 (О,р ) из которой можно найти одну величину по другой. Экспериментально удобнее находить Р„(О ы д,„), а расчетно У (В,„, и„) Остановимся на ыетодах расчета взаимодействия излучателей в решетке. Строюе решение этой эалачи связано со значительными математическими трудностями. Так, лля простейшей решетки резонансных металлических вибраторов в свободном пространстве (отсутствуют элементы крепления н экран) взаимодействие может быть найдено нз совместного решения системы интегральных уравнений, каждое нэ которых аналогично интегральному уравнению для одиночного симметричного вибратора (2).
Длл оценки взаимного влияния вибраториьж и шелевых излучателей разработан приближенный метод расчета, получивший название мемеда наведенных ЭДС, нлн мемеда на«еде«нмх со«роми«лений. Зтат метод был предложен в 1922г. неэависнмо друг от друга Д. А. Рожанским и Л. Брнллюэном. Практически он применяется лишь с 1928 г. после работ А А. Пнсюлькорса, В, В. Татаринова и М. С. Неймана. Пользуясь методом наведенных ЭДС, можно определить характеристики антенных решеток с учетом взанмодейстаня излучателей. Так, для вибраторных антенных решеток этим методом рассчитыаают входное сопротивление и сопротивление излучения анбратаров в решетке. Метол наведенных ЭДС позволяет не только рассчнтьвать взаимное влияние аибратаров друг на друга, ио н решить ряд других задач, а частности, опреле.
лить собственное сопротивление внбратора, Этот мегол может рассматриваться хак ме. тод первого приближения, занимающий средиее положение между упрошснной теорией, основанной на теории линий с волной Т, и строгой теорией, Приближенность метода заключается а том, что ток вдоль внбратора прелпола гается распределенным по синусаидальному закону и влияние соседних вибратороа при этом не изменяет закона распрепеления тока, а вызывает лишь иэменсние его ам. плнтуды.
Подобное допущение, как поклали эксперименты, близко соотвегстаует действительности,если аибраторы тонкие и настроены в резонанс или слегка расстроены, 166 Ее 2 = — ' = д~ '- Ух, 1„ (12. 17) Из выражения (12.!7) можно определить наведенное сопротивление, прн котоРом !)Улет выполняться равенство нулю касательной составлюощей электрического поля.
22.8. Расчет входных сопротивлений излучателей с учетом, взаимодействии Из (12.17) активное погонное сопротивление Е, 4 йе — ' = — Хпсоар, Ф Е вЂ” сдвиг фаз между напряженностью пози и током а элементе вибратора. Мощность, излучаемая антенной длиной Е, — это средняя во времени мощность, щеходуемая на сопротивлении Ч н определяемая как зее Метод наведенных ЭДС. Сущность метода на- нных ЭДС можно пояснить следующим обрюом.
сть имеется вибратор (рис. 12.14), изготовленный из ьного проводника. Согласно строгой теории виб- ров, касательная составляющая напряженности атрического поля на поверхности внбратора лолжна равна нулю: Е, = О. Применяя метод телеграфных уравнений, можно он распределения тока по вибратору, а затем ь поле юлучсиия Ее, рассматривая вибратор купность элементарных днполей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
