Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 76
Текст из файла (страница 76)
При расчете и проентировании антенных систем решение общей задачи приходится искусственно разде шть на ряд отдельных частных задач. Решение этих задач с учетом нх взаимосвязи дает возможнос~ь рассчитывать характеристики сложных антенных систем и искать вариант антенны, наиболее соответствующий предъявляемым требованиям. Такой подход позволил создать незаеисямые методы инженерного расчета АР с электрическим сканированием, АФАР и нх элементов.
За последнее время в конструировании и производстве антенн произошли сушественные изменения, Разнообразие используемых на практике типов антенн, существенные их рюлнчия в зависимости от назначения привели к возникновению ряда самостоятельных отраслей современного антенлостроения с присущими им конструкторскими решениямя, используемыми материалшщ, технологией, видом производства и т. д. Такими уже сложившимися можно считать отрасли крупного антенностроения, ФАР, АФАР, антенн летательных аппаратов и судовых антенн, а также космических антенных систем.
Намечается возникновение других отраслей. В каждой нз них свои специфика и особенности конструирования. Остановимся на особенностях проектирования ФАР и АФАР. Сложность антенных систем приводит к нх высокой стоимости. Поэтому процесс проектирования в зна. чительной мере сводится к изысканию таких решений, которые с учетом класса РВС, требований размещения,мобильности, серийности производства, изменения внешних воздействий н т.п. позволит найти приемлемый компромисс между стоимостью антен. ной системы н ее характеристиками. При проектировании ФАР на первый план выдвигается вопрос создания еще а процессе разработки опытного образца РВС крупной серии элементов антенн с требуемыми параметрамн и невысокой стоимостью. Поэтому уже в начале проектирования ФАР должны быть рассмотрены технологические возможности отраслевой промыш- леингютн„создающей массовую элементную базу ФАР нли АФАР, определены варианты элементной базы для данного типа РЛС и выработаны технические и экономические требованив к каждому элементу с учетом его серийного производства.
Особенно важно на этом этапе определить воэможность пазучеина в процессе промышленного выпуска элементов ФАР повторяемости значений нх параметров от экземпляра к экземпляру и сохранения этой повторяемости во всем диапазоне изменений внешних воздействий. Слелуюшнй этап проектирования — разработка вариантов функциональных схем ФАР нли АФАР, отвечакнцих заданным техническим требованима, а также учитываю. ших конструкторско-технологические особенности построешш антенны. На этом этапе целесообразно рассмотреть варианты построения, имеющие существенные различия, например, пассивная ФАР и АФАР (на перелачу или прием), приемная ФАР с обработкой сигнала и управлением лучом — на несущей илн промежуточной частотах и т. п.
Это позволит более тщательно и летыьио оценить возможности существующей технологии и выбрать в дальнейшем наиболее оптимальный для данного типа РЛС вариант такой сложной системы. Существенным моментом проектирования на этом этапе является расчет потерь потенциала, вызванных применением в РЛС той или иной схемы АР. Должны быть учтены как прямые потери энергии, например, в системе распределения мощности или управления лучом, так и потери коэффициента усиления антенны, вызванные дискретностью фазирования, ступенчатой аппроксимацией линейного фазового фронта, отклонением луча от нормали нли ошибками амплитудно-фазового распределения.
Эти потери влияют на тактические характеристики системы. Прямые потери можно пересчитать в потери коэффициента усиленна ФАР и потенциала РЛС. На потери потенциала в РЛС с ФАР сильно влияют ошибки фазового распределения, возникмошие в раскрыве решетки и достигмошие (особенно в АФАР) значительных величин.
Статистическая теория антенн позволяет оценить падение коэффициента усиления н других характеристик ФАР в зависимости от статистики фазового распределения в ее раскрыве. Для получения оценки необходимо знать эту статистику. В многоканыьных и многокаскалных системах, кыими являются ФАР и АФАР, эта задача решается достаточно сложно. Результаты расчета характеристик нескольких схем ФАР, каждая из которых отвечает заданным техническим требованиям, позволяют на завершающем этапе проектирования сопоставить их и выбрать наилучшую. Опыт проектирования ФАР покюывает, что такое сопоставление целесообразнее делать по энергопотреблению (КПД, если речь идет о передающей ФАР, нли суммарным потерям, если рассматривается приемная ФАР), надежности, стоимости и массогабаритным характеристикам.
В зависимости от класса РЛС кюкдой из этих характеристик должен быть придан соответствующий вес. Интегральное оценнвание позволяет принять окончательное решение о выбо. ре наиболее оптимального варианта ФАР. 20.2. Задачи синтеза антенн и методы решении Вопросы математической теории снизите алтеии. В гл. 12 рассмотрена задача расчета поия излучения различных типов антенн. На практике в ряде случаев требуется создание антенн с характеристиками направленности, отличными от рассмотренных выше.
Другими словами, возникает довольно общая задача построения антенн по запанным Лиаграммам направленности (например, типа косеканс В, секторной и др.). Кратко эту задачу называют еиитезом аитеии В свою очередь, задача построения антенн по зааанным характеристикам разделяется иа математическую теорию син. теза антенн и конструкторскую разработку антенн. Математическая теория синтеза позволяет вьгясннть принципиальные возможно.
сти построения той или иной желаемой диш раммы направленности и найти требуемые для реализации заданных диаграмм амплитудно-фазовые распределения поля или токов на заданном линейном источнике, излучающем раскрыае или выпуклой поверхности. В задачу конструкторской разработки антенны входит практическая реализация найденных распределений с необходимой точностью. Последняя обеспечивается как имеющейся технологией изготовления и материалами, так и соответствующей конструкцией антенны. К постановке задачи сиитюи антенн. В настоящее время методы решения задачи синтеза антенн по требуемой форме ДН развиты для большинства известных типов антенн.
Поэтому лля упрощения изложе- У м(г,пий ния остановимся на рассмотрении решения задачи синтеза на примере линейной излучаю!цей системы (2). Пусть на участке оси г от -Е/2 до Е/2 расположен линейный излучатель (рис. 20Л), О множитель направленности которого определяетси выражением (12,24). -Е/2 0 Е/2 г г гм д(9)= ( /(реп' ~г/г.
(20.1) Рис. 20.1. Линейнын излучатель Здесь /(г) = /,е'ги' — распределение возбуждения; функция 4(В) считается заданной. Введем а (20.!) новую угловую переменную ипасоэО, а также обозначение / = Е/2. Тогда (20 1) примет вид 4(и)= )/(г)е"'0, (20 2) где левая часть 4(и) определена в области видимости — /г < 1 < /г, т е при ! сои О ( н! . Так как неизвестная функция /(г) находится под знаком интеграла, (20.2) прелставляет собой рюновидность интегрального уравнения и называется иеодиородггым иитеграп иым уравиеиием Фредгаюма первого рода. Функция К(м,г) = еп' — ядро это. го уравнения.
Решение интегрального уравнения (20.2) относится к так называемым некорректно поставленным задачам, которые характеризуются возможностью появления неустойчивых решений. Существуют эффективные методы и алгоритмы численно го Решения таких уравнений с применением регуляризируюшнх операторов, позволяющих получить устойчивое решение, согласующееся с фнзическиын представлениями о виде искомой функции. Отметим, что уравнение (20.2) фактически представляет собой преобразование Фурье от функции распределения возбуждения /(г).
Так, если продоллгить Пг) нуле- (((е) при - ( 5 г 5 ( вым значением на ось г, т.е. принять у(е) =г , то характеристика прн~ ~>( направленности антенны приобретает вид интеграла Фурье: »(з) = ] )(г)е'"'пс. Чтобы функшы ((з) допускала преобразование Фурье, оиа должна иитегриро. ваться с каацратом иа интервале ( с,+ю) и на всяком конечном интервале иметь конечное число максимумов и минимумов. Первое требование означает, что 2к~~((г)( де= ]]»(г)~ с(г=Р<сэ. Здесь Р=Рг+Рг — полнаЯ мопщость антенны, представляющая собой сумму активной мощности излучения и реактивной мощности, характеризующей ближнее поле изл)чающей системы.
Те же ограничении накладываются и на функщпо, (1 ), лля которой обратное преобразование Фурье имеет вид '( = — 1» )-""" 1 (20.4) 2к Среди отмеченных свойств ДН наиболее существенным является то, что преобразование Фурье от функции»(г) имеет ограниченный спектр, так как эта функция отлична от нуля только при ~ г~ 5 (. Этот факт значительно сужает класс функций»(г) . Свойства функций с ограниченным спектром определяются теоремой Винера — Пали, согласно которой интегрируемая на всей вещественной оси е функция» (и), обладающая преобразованием Фурье, отличным от нуля только на интервале [ — С (), представляет собой иа комплексной плоскости и целую функцию конечной степени, не превосходящей С Согласно теореме Винера — Пзлн функции с ограниченным спектром не все являются целыми функциями, а только те, которые растут при возрастании аргумента так, что ~ »(и) ~5е ~4.
Число (, характеризующее протяженность спектра, носит название степени или типа целой функции. В нашем случае (=б(2, и примерами целых функЛь ций такой степени являются з(псг(кг, где щ= — (соз9 — б), а также соя и(, ппь П 2 ч1 А, соя к„( и различные суммы этих функций (2]. ! Таким ооразом, множитель направленности линейной излучающей системы длиной б = 2 ( является целой функцией степени, не превышающей (. Это относится и к П теории функции «омпяексного переменного Челмми иазывмот функции, аналитические во всякоя ограинченноп области. (20.6) излучающим системам более сложной формы, только здесь имеют дело с целыми функциями конечной степени не одного, а нескольких аргументов.
Из всего отмеченного выше следует, что с помощью линейной антенны любой фиксированной длины 2 ! в принципе можно реализовать множитель направленности в аиде какой угодно наперед заданной непрерывной функции. К настоящему времени наиболее развиты трн основных подхода к решению инте- грального уравнения (20.2): метод интеграла Фурье,' метод парциальных диаграмм; ме- тод собственных функций. Синтю линейного излучателя методом ннтяреле Фурье. Согласно формуле (20.3) множитель направленности линейного излучателя „Г( ) является преобразовани- ем Фурье от функции распределеюш тока Па) . Поэтому, задав необходимую характе- ристику направленности д(г), с помощью обратного преобразования Фурье можно найти распределение возбуждения: ((г) = — ) ч(а ) е "дч. (20.5) 2аг Однако требуемая функция ч(~ ) задана в пределах области видямости ) г ~ < )а, а интегрирование в (20.5) ведется по бесконечному интервалу а .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
