Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 78

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 78)

Табличные модели представляют собой цифровые таблицы экспериментально полученных характеристик антенных устройств или их элементов. Такие модели используются в тех случаях, когда аналитическое выражение или эквивалентная схема неизвестны или вычисления требуют болыпих затрат машинного времени. Алгортнмнческая (чифровая) модель представляет собой программу расчета моделируемого устройства на ЭВМ, т.е.

это запрограммированный алгоритм численного расчета моделируемого устройства, который обычно сводится к решению системы алюбраических или дифференциальных уравнений. В дальнейшем под математической моделью будем понимать алгоритмическую модель. Численная реализация такой математической модели (т.е. алгоритм определения реакций антенной системы на внешние воздействия) должна обеспечивать получение решения за допустимое время, так как в противном случае она будет неоправдана Поэтому при построении математической модели антенной системы обычно принимают компромиссное решение с учетом сложности модели и степени ее адекватности анализируемой реальной системе.

При этом возможны два подхода: первый заключается а составлении математической модели устройства в целом, т.е. модели, связывающей выходные характеристики с внешними воздействиями на антеннуго систему; второй основан на расчленении (декомпозиции) асей антенной системы на отдельные функциональные узлы (систему излучателей, активные элементы, фазовращатели и др.). Современный уровень развития методов вычислительной математики и средатв вычислительной техники позволяет испоаьзовать первмй подход только при построении математических моделей антенных систем низкого уровня адекватности, а более точные математические модели (включая попели электродииамнческого уровня) создаются на основе метода декомпозиции. В последнем случае составление математической модели включает следующие этапы.

) . Разбиение антенной системы иа отдельные фуикдиональные узлы. 2. Выбор способов представления входных возлействии на узлы антенной системы и их ответных реакций. На этом этапе выбирают формы описания входных н выкодных сигналов внутренних узлов (токами и напряжениями, паджощими и отражен- нымн волнами, в одномодовом или многомодовом режимах) и способы представления поля излучения (суперпозиция ДН отдельных излучателей, суперпозиция полей, созда. ваемых токами в раскрыве антенны, н др.), обеспечивающие численную реализацию математической модели с наименьшими затратами машинного времени 3.

Выбор физических приближений построения математической молели. Здесь введением ряда физически обоснованных допущений (таких, как идеальная проводи. мость металла, отсутствие потерь в диэлектриках) и упрощений (замена боковой поверхности антенны металлическим экраном бесконечных размеров, монохроматичность сигнача на входах и выходах активных элементов, идентичность входящих в антенную систему излучателей, фазовращателей, активных элементов и т.п.) исходная задача сволится к такой, которая может быть решена численными методами.

4. Математическая формулировка задачи. На этом этапе для каждого функционального узла и антенной системы в целом строится система математических соотношений (математических моделей), описывающих происходящие в них физические процессы и позволяющих в итоге определить реакции антенной системы, т.е. ее характеристики, на внешние воздействия (вхолные сигналы, упраыяюгцие комаилы, колебания напряжения источников питания, отклонение температуры). 5. Численная реализация математической модели.

Данный этап вюоочает в себя выбор метола решения системы уравнений, полученной иа предыдущем этапе; программирование, т.е. реыизацию алгоритма в виде программы ЭВМ (причем следует отметить, что один и тот же вычислительный алгоритм может иметь различные программные реализации); пробяые расчеты на ЭВМ; анализ и интерпретацию полученных результатов, на основе которых делается вывод о пригодности или непригодности использованной математической модели и в случае необходимости принимается решение о ее корректировке. С учетом изложенного может быть построена математическая модель антенной системы радиолиний различного назначения. 20.4. Антенные укрытии и обтекателв антенн Обтекатели антенн — это радиопрозрачные оболочки, предназначенные юи зашиты антенн от воздействия внешней среды.

Они защищают антенну от механических (ветровых) нагрузок, опасности электрического пробоя в условиях низких давлений, перегрева и т.д. Большинство СВЧ-аитеин летательных аппаратов (ЛА) имеют обтекатели, в первую очередь, для уменьшения вносимого ими аэродинамического сопротивления.

Антенны ЛА в ряде случаев нуждаются в обтекателях ддя защиты их от электрического пробоя при ншких давлениях н особых условиях работы. Наземные антенные системы требуют наличия раднопрозрачных укрытий для защиты их от атмосферных воздействий и взрывной волны. Исходя из назначения антенных обтекателей и укрытий, к ним предъявляют ряд различных сложных и противоречивых требований по механической прочности, термостойкости, аэродинамическому сопротивлению, радиопрозрачности и уменьшению искажений характеристик излучения антенн. Обтекатели приволлт к амплитудным искажениям поля антенны за счет частичного погвощения электромагнитной энергии в материале обтекателя и отрюкения от его стенок, а также к фазовым искажениям, связанным с прохождением плоской волны че- рез неплоскую поверхность обтекателя.

Эти искажения приводят к уменьшению дальности действия радиостанций и ухудшению их точностных характеристик. Укюанные выше требования учитываются при разработке конструкции обтекателей, выборе материала и технологии изготовления. Остановимся кратко на особенностях конструкции и расчета обтекателей ЛА (! 7Б Известно, что современные ЛА оборудуются большим количеством антенн различного назначенна. Большинство антенных систем СВЧ закрываетса обтекателями или располагается за радиопрозрачнымн окнами.

При сверхзвуковых скоростях полета в условиях работы обтекателей возникают следуюшие особенности. !. Аэродинамический нагрев внешней поверхности и стенок обтекателя. Это приводит к необходимости использования термостойкнх материалов и создания гладких внешних поверхностей обтекателей. С увеличением скорости температура растет. Так, на вершине носового обтекшеля современного самолета температура достигает 250 — 300'С, а в некоторых случаях (400-(500'С и выше. При резком юменении температуры пограничного слон большой температурна!й градиент внутри стенки может щэивести к разрушению обтекателя. Кроме того, антенная система в ряле случаев требует принудительного охлаждения из-за значительного повышения температуры в антенном отсеке.

2. При больших скоростях полета сквозь полосу осадков за счет ударов капель дождя, снега, града происходит постепенное разрушение обтекателя — эрозия. Верцшна обтекателя значительно болыпе подвержена эрозии, чем боковые поверхности„и поэтому должна защиюаться в первую очередь (специальным покрытием, металлическим наконечником и т.п.). Эрозия может возникнуть также за счет испарения нагретого материала при обтекании воздухом, например, при быстром вхождении ЛА в верхние слои атмосферы. Для борьбы с этим явлением необходимо применять жаростойкие материалы. 3. Поверхность обтекателя даже при сравнительно небпчьших скоростях полета электризуется вследствие трения о частицы снега, дождя, крупинки льда. Это может привести к импульсным разрядам и образованию короны. Для отвода заряда от диэлектРика на металлический корпус могут использоваться полупроволникоаые покрытия, которые при правильном выборе их проводимости не будут заметно ухудшать радиопрозрачиость обтекателей.

Остановимся на особенностях работы антенных систем РЛС, навигационных и других радиостанций, закрытых обтекателями. Антенны большинства указанных радиостанций имеют управляемые (сканирующие) ДН, поэтому угол падения электромагнитной волньг на стенку обтекателя в процессе работы антенны изменяется. Кроме того, в Ряле случаев антенны, закрытые обтекателями, должны работать в широкой полосе частот или на нескольких рззнесениых частотах. Таким образом, обтекатели ЛА должны обеспечивать в рабочем диапазоне частот хорошее согласование внутреннего н внешнего пространства обтекателя при прохождении электромагнитной энергии через его стенку под различными углами падения (для уменьшения искажений в амплитудном распределении).

Далее, при сканировании на разных участках волнового фронта падаюшей волны в стенках обтекаташ созлаются различные набеги фазы, которые приводят к фазовым искажениям и, следовательно, к ошибкам пеленга и ухудшению точностных характеристик. КРоме указанных амплитудных н фазовых искажений падающей волны при про. хождении ее через стенки обтекателя, возникают искажения диш рамм направленности за счет возбуждения вторичных волн на участках с Резким нарушением регулярности поверхности обтекателя и возбуждения поверхностных волн на обтекателе Перейдем к рассмотрению основных вопросов проектированив антенных обтекателей ЛА. Главными из них являются выбор формы обтекателя,материала для обтекателя и структуры его стенок. Реп~ение всей задачи в целом ддя системы антенна — обтекатель может быть получено только при одновременном учете как аэродинамических и механических, так н радиотехнических требований.

Характеристики

Список файлов книги