Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Полный КПД антенны 0=0 О. На рис. 19.14 представлены зависимости 0,„ и 0, от числа излучателей 44, построенные для ДОС на основе вслновода Л84 при б = 3 на частоте 7,89 ГГц. Из графиков следует, что для обеспечения КПД антенны не хуже 0,9 необходимо реализовать мосты, имеющие значение величины направленности не менее 20 дБ. Рис. 19.14. Зависимость КПД ДОС Батлера от числа излучатеюй Рис. 19.13. К определению направленности моста 19.4. Мвоголучевые антенные решетки ва основе последовательной ДОС 338 Общий вид схеиы МАР на последовательной ДОС представлен ив рис.
!9.15. Она состоит из горизонтальных линий передачи (, объединенных направленными ответвителями (НО) 2 с вертикальиымн линиями передачи 3, нагруженными на решетку нзлу. чателей 4. В разрывах вертикальных линий передачи включены фазовращатели 5 Для обеспечения развязки входных каналов МА горизонтальные и вертикальные линии передачи нагружены на согласованные нагрузки б. Создание требуемых АФР поля в излучателях решетки, определяющих веер ДН, обеспечивается выбором коэффициентов связи направленных ответвителей и фазовых сдвигов, вносимых фззоврашателями. С увеличением количества излучателей и входов МА ее размеры и потери в линиях передачи растут мелленнее, чем в МА на основе параллельной ДОС.
Рис. 19.15. Обобщениае схема МАР на оспою ДОС Бласаа: ! — тризоиьальиьи линна передачи, 3 — НО; 3- лертикельние линии перелечн; 4- излучатели; 5 - йщоерещпелн; б — погло шло пие пег рузк и В раааматриваемой антенне соотношение между количеством входных каналов (лучей) Аг н каличеатвом излучателей зр может быть проищольиым. Однако число ортогональных дН, формируемых линайной МА, ограничивается соотношением 222 К Епт (2суд) о1, где Епг(х) означает целую часть х; Б — линейный размер антенны в плоскости фор мироваиия лучей.
Значеньщ коэффициентов связи НО и фазовых, сдвигов, вносимых фазовращателями, опрелеляетая расчетным пущм. ддя линейных антенных решеток извеатные АФР поля в излучщилях могут быть представлены зр -мерными векторами-столбцамн аида ам 222 а„= ",п=1,2,...,дг. (и „ Нослеловательность таких векторов-атолбцов определкетса из требований к ДН антенны.
Направленные ответвители н фазовращателн первого канала антенны рассчиты- ваются как н для линейной ФАР с последовательным возбуасцением излучателей. Зна- чение коэффициентов связи С, (переходное затухание) НО определяется по формуле Здесь символ П означает произведение сомножителей, стояпшх справа от него, по ин- дексу ! . Таким обриом, учитывая, что матрица Т)т) неособенная, пересчет вектороа- столбпов из у -го сечения схемы в 1) + 1) можно производить по формуле, получаемой из П9.9): а1~ ) = Т)~) а1э) (19.10) Тогда коэффициенты связей С „НО и фазовые сдвиги Р, вносимые фазовра.
щателями л -го канала, -$Ф зы р = К(~1"„)З~г( -1)дудел(г, Если последовательность векторов-столбцов а„в излучателях, определяющая 0) АФР, ортонормированиая, т.е. 01 1,) 1 1 при т=л, а„а '1 0 при мил, то матрица передачи Тз~) унитарна для всех у . В этом случае П9.10) существенно уп- рощается, так как исключается операция обращения матрицы: а)г ) =Т1')а1э) . 119.11) При этом КПД каждого канала антенны максимален и равен единице, т.е. в согла- сованных нагрузках, имеющихся в ДОС, мощность не поглощается. Поэтому они могут быть исювочены из состава дОС, что приводит к модифицированной схеме Бласса (рис.
!9.5е). Расчет элементов такой ДОС проводится с использованием П9,11), при- чем матрицы Т~~ в этом случае являются прямоугольными. 19.5. Основные применении МА Одна ю задач современной антенной техники — построение многофункциональных пассивных и активных антенных систем, обеспечивающих высокоэффекпгвную работу Различньгх Радиотехнических комплексов. Возможный путь реализации таких антенных систем состоит в использовании многолучевых антенн, Интерес к МА определяется их способностью формировать в пространстве веер дН, мздой из которых соответствует опрелеленный входной канал.
Наиболее простой путь построения многофунклиональных антенных сисшм заключается в рациональном использовании основных достоинств много" лучевых и однолучевых устройств. Примером являеюя исполюоваиие МАР в ралиолокациоиных станциях (РЛС) бокового обзора. В сочетании с ФАР мнопжучевая антенная решетка позволяет существенно расширить их возможности и улучшить характеристики направленности. В частности, исшшьзование МАР в качестве излучаюшик элементов ФАР приводит к возможности сканирования несколькими независнмымн лучами или к сущест- венному расширению секюра однолучевого сканирования (31 Применение ДОС пассивных МА позволяет также решать задачи создания активных МАР, сложение мощности в общей нагрузке и синхронизацию большого числа генераторных элементов.
Объединение решатки излучателей и акпшных элементов с помощью ДОС позволяет припать нм саойсшо перензлучення электромагнитных волн в направлении нх прихода и обеспечить увеличешм коэффициента усиления антенны при работе на прием. Такие антенны называются лереизтучаюшими. Онн находят применение в системах связи. Рассмотрим применение МАР и лх ДОС в ФАР. Одним нэ основных требований, предъявляемых к современным ФАР, является достижение максимально высокого усиления от антенны в максимально шн1юком секторе углов сканирования Обеспечение широкоугольного сканирования приводит к необходимости применения расположенных близко друг от друга слабонаправленных нзлучателей.
При этом значительными становятся трудности конкретных конструкторских решеннй, связанных с размещением болыпого числа различньш устройств СВЧ в малом объеме, Одним нз возможных путей преодоления этих трудностей яшиется увеличение направленности излучающих элементов с одновременным обеспечением управления положением максимума нх ДН. Эффективность сканирования прн этом достигается синхронным смещением ДН одиночного нпбчателя н множителя решетки. Функцию излучателя ФАР с управляемой ДН может выполнять МА в совокупно.
стн с переключателем каналов. На рнс. 19.17 представлена схема такой линейной антенной решетки, состоящая из решеши юлучателей С сбьеднненных труппами ДОС 2. Коммутация входов ДОС осущестщиется перекяючателямн каналов 3, которые соеднняютсв с проходными фазовращателямн 4. Разделение мощностн СВЧ производится направленными ответвителями 5, в одно нз плеч которых включены согласованные нагрузки б.
Мощность возбужденна подаеюя на вход магистратьного волновола 7. Рнс. 1917. Схема ФАР с применением МА лля уаелнченкя сектора одиоаучеаого скалировання. ! — юьтчатеаи,э в ДОС,5 — аерекяючатеяа канатов,4 †улрааяяем фамвраматеяь, 5 в налвэалсаамв оочт атель, 6- согласев акая аарузиа, 7 — магисгсю а а валасаал 343 Диаграмма направленности такой ФАР определяется вырюкением р „(В) = Р„(бэ) э(лЩЫр з(п Π— )г)! 2) э)л[(Ыр э(о Π— уг)! 2) где Е„(Э) — ДН многолучевой антенны, соответствующая ее л-му входу (для случая, представленного на рнс.
19.17 индекс л может принимать значения 1, 2, 3); й — колиб (и) б (и) э( ) Д(й) честно ДОС, входящих в состав антенны,' г(, — расстояние меж«„,(и) ду опноименными излучателями соседних ДОС (рис. 19.17); р— сдвиг по фазе между соседними управляемыми излучателями. Такая антенна работает ' и..
следующим образом. При подсэ гт~ ключении генератора к ее входу \ .l колебания СВЧ, пройдя через магистральный волновод 7, наи правленные ответаители 5 и фаРие.!9ЛЛ. Диаграмма направленности ФАР зовращатели 4, поступыот на в ее элементов входы переключателей каналов 3. Положение максимума формируемой автенпой ДН определяется не только значением сдвигов фаз фазоврашателей, но и номером входа ДОС, возбуждаемого переключателями канююв. Таким образом, диаграмма направленности МА, состоящей из группы излучателей ФАР, объединенных ДОС, может скачком изменять свое положение в зависимости от состояния переключателя каналов. Изменение величины Зг сленга по фазе межлу соседнюаи управляемыми фазовращателями антенны позволяет изменять положение максимума ДН ФАР в пределах каждой из парциальных дН МА, являющейся сложным комбинированным излучателем рассматриваемой ФАР. При этом максимумы входящего в (19.12) множителя решетки высших порядков могут располагаться в области действительных углов.
В ДН ФАР они проявляются как боковые лепестки, уровень которых равен значению соответствующей парциальной ДН МА в направлении конкретного максимума множители решетки высшего порядка. Дпя иллюстрации на рис. 19.!б показанъ~ парциальные ДН трехлучевой МА, график множителя решетки и ДН ФАР в целом.
Из сказанного следует, что сектор однолучевого сканирования рассматриваемой ФАР определяется и ограничиваетса сектором формирования лучей МА, входящих в состав ФАР. Необходимость испольэоваитш многолучевото режима радиотехнических комплексов приводит к задаче создания ФАР с несколькими независимо сканирующими лучами.
Возможный путь решения этой задачи также состоит в совмещении достоинств МА и ФАР. На рис 19.19 нредставлена схема ФАР с несколькими управляемыми лучами. Она состоит нз решетки излучателей 1, обьедииениых ДОС 2. Одноименные входы ДОС через фиовращатели 3 и направленные огветвители 4 подключены к магистральным волноводам 5; количество незавнсимьпс лучей ФАР должно быть равно количеству магистральных волноводов и количеству входов ДОС. Рис. 19.!9.
Схема ФАР с нескольким[3 независимо сканирующими лучами.' ! — кззтчетезн, 2 — ДОС, 3 — улрзеляемне фмсерилмези. 4 — заправленное ст етзнтелл. 5 -магнстрзльнмл всзкезсл компактные МА, например, на основе А. Дищрамма направленности ФАР для В такой ФАР могут быть использованы многоволновых волноводов, а также другие М и-го входа определяется соотношением з)о[()(йу з(л  — ур„) ) 2[ Р„р,р(В) = Р„(0) з)о[(ИО ил Э вЂ” (к„) ) 2[ где кр„— сдвиг по фазе между соседними управляемыми фазовращателями и-го каната ФАР.
В описанной ФАР достигзется возможность сканирования несколькимн независимыми остронаправленными лучами, причем сектор сканирования каждого луча ФАР ограничивается парпиальной ДН, отвечающей соответствущшему входу ДОС (рис. 19.20). Это является недостатком рассмотрениык ФАР, так как с их помощью нельзя обеспечить сколь угодно мачое угловое расстояние между соседними независимыми остРонаправленными лучами. Рнс.
1920. Днзграммы напрахленностн многалучевой ФАР с нюависимс сканнруюлшмн кучами 13 в 2035 Глава 20 Построение антенн по заданным характеристикам 20.1. Особенности расчета ц проектировании нитепп В последние годы расчет и конструирование современных антенн значительно усложнились нз-за увеличения числа характеристик, подлежащих определению, а также нз-за стремления оптимизировать и более точно рассчитьшать характеристики антенн, избегая экспериментальных проверок. Нахождение оптимального варианта антенной системы по заданным требованиям значительно увеличивает объем расчетов.
Известны различные методы расчета антенн, отличающиеся сложностью и соответственно точностью результатов. На сталин предварительного проектирования необходимы приближенные методы, позволяющие специалистам, знакомым лишь с общей теорией антенн и практикой их использования, определять основные характеристики новых типов антенн. Это привело к созданию инженерных методик расчета с введением ряда приближений и упрощений, что повлияло на точность расчета характеристик и ограничение пределов их применимости. Наряду с этим интенсивно развиваются строгие методы расчета, позволяющие оптимизировать проектируемое устройство потому или иному критерию с использованием ЭВМ. Характеристики антенн, найденные с помощью приближенных инженерных метолик,могут быть уточнены строгими методами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
