Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Из выражения 118.14) следует, что углочастотная чувствительность зависит от направления луча (величины отклонения н знака 9), дисперсионных свойств системы и отношения )а)А Для повышения углочастотиой чувствительности антенны необходимо использовать канализируюшие системы с большим замедлением у, что сопровождается ростом потерь в тракте. Наличие потерь в тракте накладывает ограничения на длину решетки, так как с ростом длины уменьшается КПД, что, в свою очередь, ограничивает получение узких ДН отдельной решетки.
На рис. 18.15 приведена зависимость КПД г), аЛ от отнопюиия затухания на длину волны к ширине ДН: —. Сплошные линии слою 20юл ветствуют равномерному амплитудному распределению, пунктирная — экспоненниальному распределению, которое допускает увеличение сектора сканирования вдвое путем коммутапии направления возбуждения при тех же ЛЛ)'Л и КПД. Проведенный анализ разаичных каншпаируюипж систем антенн с частотным сканироватшем [3] позволяет выбрать оптимальный вариант, исходя из заданных требований. Рис. 18.15. Зависимость КПД антенны ог стиошсиеа зшухаиия на длину волны к ширине ДН 815 18.8. Лииейиан решетка СВЧ-излучателей В различных антеннах СВЧ с обработкой сигнала, включая ФАР, использугот линейные решетки излучателей нак составные части или как самостоятельные антенны.
Из чинсйных решеток образуют частотно-сканируюшую антенну, цилинлрическую ФАР нли самолетную четырехлучевую антенну доплеровской навигационной системы. Излучателями такой антенны могут быть щели, полосковые вибраторы или печатные излучатели. Излучатели последовательно возбуждаются волноводом, полосковой илн микрополосковой линией. Получили распространение волноводные многощелевые ан. тенны, полосковые многощелевые антенны, полосковые вибраторные, печатные линейные решетки излучателей и т д. (Рис. ! 8.
! б — 18. ! 9). Рис. 1вяб. Воановодне-шалевая антенна Рис. 18.17. Линейная рев~етка бегушсй волны с печатными резонансными вибраторами Рис. 18.18. Щеаеваз решетка, возбуждаемая трехпяастинчатой симметричной полосковой линией с различвымн волновыми сопротивлениями 318 Рис. 1$.19.
Печатный пюучатевь Использование той нли иной линии передачи н излучателя зависит от рабочей волны, полосы частот. уровня излучаемой мощности, допустимых потерь н требуемой погшризапии поля. Печатные дисковые излучатели относительно просто создают любую поляризацию в отличие от щелевых и полосковых вибраторов, которые более удобны для линейной поларизации. Печатные излучатели и возбуждающие нх полос- новые линии имеют конструкторско-технологические преимушества перед волноводными лииейнымн решетками, но расчет их более сложен, трудоемок и проводится численнымн методами решения электродинамическнх задач. Расчет линейной решетки последовательного питания рассмотрим на примере широко распространенной ватлоеаоно-мелевой решетки (ВЩР), для которой разработаны методы расчета различного уровня точности и сложности.
Наиболее точный н строгий электродинамический анализ ВЩР учитывает взаимодействие щелей во внешнем пространстве, внутри волновода по основной волне и волнам высшего типа, а также ширину щели и толщину стенок волновода. Однако этот метод довольно сложен, трудоемок и основан на использовании специально разработанных програми чисвенного решения этой задачи. Возможны рюличные упрощения строгого анализа Вщр. Так, для учета внешнего взаимодействия при тонких щелях можно использовать метод наведенных ЭДС. Для мелевых излучателей в этом методе рассматривмот наведенные магнитодвнжу!цие силы.
Внутреннее взаимодействие опелей можно приблн:кенно учитывать только по основной волне с помощью так называемого метода рекуррентных соотношений. Это наиболее простой и наименее точный энергетический метод расчета, при котором не эчитываются внешнее и внутреннее взаимодействия. Предполагается, что фазовый сдвиг межлу сосел" ними излучателями по питаюгцему волноводу равен электрическому расстоянию между ними 2лог'Л,, а фазовое распределенно в раскрьше антенны линейное. Для определения амплитудного распределения в антенне и согласованна волновода используется следующая эквиваяентная схема Вщр.
Волновод с излучающими щелями представляется отрезком эквивалентной линии с включенными эквивалентны- 311 ми проводимостями В или сопротивлениями г в зависимости от расположения щели на волноводе. Значения эквивалентных параметров В и г считаются такимя же, яак у одиночной щели в аолноводе. Онн ювестны из решения юдачи об излучении щели и при. ведены в [2, 3). Эквивалентные схемы различных видов щелей в прямоугольном волноводе показаны на рис. 1В.20.
Рнс 1й20. Рюмешсаяе щели в волнсводс а его эквивалентны схема Наклонные щели в узкой стенке волновода с волной Н„возбуждаются цоперечными токами, и эявивалеитнвя схема представляется эквивалентной проводимостью, включенной параллельно в линию. Изменением знака угла наклона яд щели вносится дополнительный фазовый сдвиг я за счет переменно-фвзной связи излучателя с полем питающего волновода.
Этот дополнительный сдвиг к сдвигу по питающему волноводу 2лг(/Л, позвогшет вдвое уменынить шаг и' в решетке и обеспечить формирование одгюго луча. Тах, лля синфазного возбуждения щелей в волноводе при одинаковом наклоне щели необходимо чтобы г( = ~ . Однако это недопустимо так как г( > л. Изменение знака наялона щели (см. рис. 1В.16,а) позволяет синфазно возбулить щели прн Д = Л,/2 . Назлонные щели в волноводе создают поле излучения с горизонтальной поляризацией Е, (основной) и паразитной поляризацией Е, (хроссполяризованной саставлюощей). При небольших углах навлона б потери мощноспг иа парвзнтную поля.
ризанию незначительны, например, при дя15' они составляют менее )вй изменение угла б регулирует излучаемую щелью мощность по отношению х подводимой. При постоянной величине д и согласовании волновода с конечной согласованной нагрузкой в ВИ(Р получаем экспоненциаяьное щпшитудиое распределение. Равномерное ам- 31В плитудное распределение в решетке для максимального КНД или спадающее ампднтудное распределение к краям решетки для уменьшения УБЛ достигается поэлементным изменением угла наклона щели О .Зная амплитудное распределение по ВЩР и принимая потери в согласованной нагрузке, равными 5 — 1Оаь легко определить величину связи последней (ближайшей к нагрузке) щели с вслноволом и последовательно связи всех остальных щелей (3]. Волноводные многощелевые антенны разделякгг на два типа: резонансные, у которых луч направлен по нормали к решетке, и яерезонансные, у которых луч отклонен от нормали.
Резонансные антенны имеют шаг 4 = 2,1'2, что приводит к арифметическому суммированию модулей коэффициентов отражения от всех щелей иа входе агпеины. В вслноводе усганавливается режим, близкий к стоячей волне, согласованная нагрузка может быть заменена короткозамкнугым волноводиым шлейфом. С помощью ювестных методов вход такой антенны можно согласовать с источником (генератором).
При отклонении луча ВЩР от нормали указанных явлений не происходит, так как 4 в 2„('2, и обычно устанавливается режим смешанных волн с КБВ порядка 0,4 — 0,9. Волновод в этом случае должен заканчиваться согласованной нагрузкой. Кроме использования при частотном сканировании, ВЩР применяют при электромеханическом сканировании, когда антенна неподвижна, а механически перемешается малоинерционный элемент, приводящий к перемещению луча в пространстве Таким элементом является тонкая диэлектрическая или металлическая пластина, расположенная внутри волновода по всей его длине. Перемещение этой пластины вызывает изменение величины у и, следовательно, направления луча.
Прн сканировании в ВЩР возникает так называемый ггэффеш нормалюк проявляющийся в рюком падении КУ при проходе луча через нормаль. Это происходит ю-за рассогласования волновода. Для устранения ггэффекта нормалия необходимо поэлемеитное согласование каждой шали с волноволом. В заключение остановимся на последовательности расчета Вщр по заланным 2Ветг, Э„„и УБЛ. Из соотношения (12!4) для волновода с выбранным направлением возбуждения (т.е, с учетом знака В ) определяем необходимый шаг г( Далее находим 2,2 ллину ВЩР из соотношения 20я,г = ', где коэффипиент (г, берем в зависимо- 1.созВ„ сти от требуемого УБЛ.
Приближенно величина может быть взята так же, как и лля апертурных антенн. Далее в зависимости от поляризации выбираем продольные, поперечные, наклонно-смещенные и другие типы щелей. Рассчитываем связь щели с нолем волновода для обеспечения выбранного амплитудного распределения. Изложенный метод, называемый энергетическим расчетом, дает расхождение с экспериментом.
Ошибки расчета возрастают с уменьшением числа щелей и могут составлять до 3036 при Л < 15. учет взаимодействия щелей для выбранной схемы построения антенны позволяет увеличить точность расчета (3). 18.6. Многолучевые и соимщцеииые лыткины Многолучевые (матричные или многоканальные) антенны (МА) — зго антенны, имеющие несколько независимых входов (в режиме приема выхолов), каждому из которых соответствуют диаграммы направленности (лучи), разнесенные в пространстве. 319 Этп диаграммы имеют различные величины 9,„, могут различаться по форме, поларизации и допускают работу как на одной, так и на различных частотах одиовреиенно или последовательно. Такие многолучевые антенны (МА), позволмощие сформировать в пространстве веер лучей, имеют большне функциональные возможности и могут быть как взаимными, так н невзаимными (активными, цифровыми, радиооптическими и лр.) антеннами с обработкой сигнала.
Рассмотрим взаимную (приемопередаюшую) МА, которая реализуется на апертурной антенне или решетках. Примерами апертурной МА являютсн линзовые зеркала нли зеркала, снабженные несколькими облучателями. В состав МА с излучающей частью а виде решетки входит так называемая диаграммообразуюшая схема (ДОС), соединяющая все излучатели решетки со всеми входами антенны. В настоящее время известны различные типы ДОС: параллельные, последовательные, реактивные, с тепловыми потерями, матричные и т.д. Разработаны ДОС для различных типов решеток (линейная, плоская, кольцевал и тд.), разных диапазонов рабочих частот и с разными требованиями к характеристикам направленности лучей.
Наиболее распространенными являются две схемы: схема с параательной разводкой лимония ивцчааеяей, назмваемая мамричной схемой Бапмера, шги сокрашенно— мамрнцей Бапмера (рис. 1821,а), и схема с последоватещной рамодкой, называемая мамрицей Бласса (рис. 18.21,о). Рис. 18.21. Дваграммобрюуюшая схема многолучевоп мпснны: а — нпоноа Бататов б- иттонш Блмса с — исанфнанеосшнм ДОБ Баасса 13) Матрица Батлера собирается на основе трехдецибельных направленных ответвителей (мостов) и статических (фиксированных) фазовращателей и исполиуетсл для решеток с бинарным числом излучателей: Ат = 2" (и=1, 2, 3,...) . Решетка формирует семейство Аг лучей, симметричных относительно нормали Развязка между входами обеспечивается свойствами мостовмх соединений при согласовании излучателей н остальных частей тракта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
