Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Зная коэффициент прохождения Т электромагнитной волны через стенки обтекателя, сечение ДН антешж! в плоскости, близкой к обтекателя можно. определить по формуле тле Ег — амплитУлное РаспРедсление пвш по РаскРывУ антенны без обтекателЯ; т)О,х)— коэффициент прохождения, зависящий от угла В и текущей координаты х раскрыва антенны, отсчитываемой от его середины гсм.рис. 20.5,а); уг)О,к) — набег фазы волны, прошелшей через обтекатель„зависящий от тех же переменных.
На рис. 20.5,6 для примера показана ДН гв пределах главного лепестка) зеркальной антенны с раскрывом 2а=)52 н пятислойным обтекателем при отклонении антенны относительно продогъной оси на угол Вм =50'. Видим, что влияние обтекателя привело к смешению максимума ДН на величину порядка 12' при почти неизменной форме главного лепестка. В отсУтствие отклонениЯ лУча антенны 19м =0') смешепиа максимУма ДН не наблюдается.
Большой практический интерес представляет расчет конструкции стенок и выбор материала по заданным амгшитудно-фазовым характеристикам обтекателей, т.е. Решение задачи синтеза. Следует различать параметрический и структурный синтез. Параметрический синтез предполагает определение параметров каждого слоя, если предварительно выбрана структура стенки; структурный синтез решает более общую задачу — построение оптимального обтекателя с расчетом конструкции стенок и их параметров. Благодаря электродинамической эквивалентности диэлектрических слоистых стенок со ступенчатыми линиями передачи, при решении задач их синтеза пригодны хорошо разработанные методы синтеза СВЧ ступенчатых переходов н фильтров.
По аналогии с фильтрами можно рассчитывать стенки с функциями рабочего затухания чебыиггеского или моксичащно плоского мила в рабочей полосе частот. Функция Рабочего затухания, введенная по аналогии с фильтрами, равна обратной величине квадрата модуля коэффициента прохождения 1)г~т~ . В методе синтеза обтекателей, заимствованном из теории фильтров, в качестве критерия оптимизации используется минимизация модуля коэффициента отражения в рабочей полосе частот с учетом различных углов падения волны на стенки обтекателя. Дальнейшее развитие метода синтеза должно идти по пути создания оптимальных обтекателей. Критериями оптимизации могут служить минимальные искажения амплитудно-фазового распределения проходящей водны в рабочей полосе частот и требуемом секторе сканирования, минимальные отклонения равиосигнальной зоны н лр.
По- лобная оптимизация по одному или нескольким критериям может быть получена из решения соответствующей минимаксной задачи с использованием соаременнь~х методов н средств вычислительной математики. 20.5. Измерение параметров и характеристик излучении антенн Измерение диаграммы лалрлвлелггоцпи. Основными измеряемыми параметрами антенн обычно являиися входное сопротивление (или коэффициент отражения от вхола антенн) в рабочей полосе частот, а также такие характеристики излучения, как диаграмма направленности н коэффициенг усиления.
Причем в подавляющем бовьшиистве случаев эксперимегпяльно измеряется лишь ыпглитудная диаграмма направленности, гораздо реже фазовая и поляризационные диаграммы. При измерении хцэактеристик излучения 361 антенн, кроме традиционных требований к точности цзмерення, существенное значение приобретают экономические показатели, связанные со строительством значительных цо размерам измерительных антенных полигонов, безэховых измерительных камер, затратами на измерительную аппаратуру, а также экологические проблемы, связанньм с воздействием электромагнитного поля на окружаюшую среду и соседние РЭС.
В силу принципа взаимности изменение диаграммы направленности и коэффициента усиления может проводиться при работе антенны как в режиме передачи, так и в режиме приема. Поэтому выбор режима работы измеряемой антенны определяется удобствами измерений. Исключение представляют антенны с невзаимными элементами. Входное сопротивление антенны в лабораторных условиях иногда определяют с помошью измерительной линии, включаемой между генератором и антенной. Измеряя КБВ и положение ближайшей к антенне пучности в распределении эпюры напряженности электрического поля вдоль линии с помощью диаграммы круговых сопротивлений илн формул Татаринова, можно определить входное сопротивление антенНы. На практике часто интересуются лишь уровнем согласования антенны с фидерной линией в требуемой полосе частот. Эти измерения выполнжотся с помошью автоматических измерителей КСВ.
Ниже более подробно рассматриваются методы измерения характеристик направленности антенн. Существуют следуюшие основные методы измерения амплитудной диаграммы направленноспс — полнгонные (лабораторные) измерения в дальней зоне антенны; — метод облетц исследуемой антенны по заданной траектории; — радиоастрономическнй метод измерения по внеземным источникам излучения; — коллиматориый метод; — голографический (апертурио-зондовый) метод измерении в блюкней зоне антенны; — измерение диаграммы направленности на модели антенн.
Рассмотрим особенности перечисленных методов измерений диаграммы направленности. Метод иолигоииых (лабораторных) измерений е дальней зоне. Простейшая структурная схема этого метода представлена на рис. 20.б. Исследуемая антенна 3 (для опрелеленности работающая в режиме приема) располагается на опорно-поворотном устройстве 4. На некотором расстоянии г в дальней зоне этой антенны расположена вспомогательная передающая антенна 2, возбуждаемая генератором Д Приемное устройство 5 имеет стрелочный или цифровой регистратор (индикатор) б,поступаюшей на ахов приемного устройства мощности. Зависимость показаний этого индикатора Р от )В2 Рис, 20,6.
Схема метода пояигеняьгх нэнерсняя угла поворота 9 антенны 4 при некотором фиксированном угле поворота р является сечением диаграммы направленности антенны по моцщости р(В,Р ) е плоскости р=р, =сопя. Выбирая различнъ~е значения угла р =д„р„..., можно измерить диаграмму направленности в различных сечениях. В качестве простейшего приемного устройства может быть детекторная секция с последующим усилением мощности.
Нормированная амплитудная диаграмма направленности по полю определяется следующим образом: р(о,р,)= р( '") (О, р,)' (21.19) Минимальное расстояние между исслелуемой и вспомогательной антеннами выбирают из условия обеспечения требуемой точности измерения диаграммы направленности (15]. В идеачьиом случае поле, падающее от вспомогательной антенны 2 на исследуемую антенну 4, а пределах апертуры этой антенны должно представлять собой плоскую волну.
Обратимся к рис. 20.7, на котором показаны слабонаправленная вспомогательная антенна с фазоаым центром а точке С', и исследуемая антенна с размером (з . При конечном расстояния г между антеннами фронт волны, падающей от антенны А, на антенну А,, является не плоским, а цилиндрическим. Максимальная фазовая ошибка на краях антенны Лр,„= — (ОС вЂ” Г110з)= — т]г' -:-(Ц(2) -г (20.20) Рис. 20.7. Ислезуемзя и вспомогательная антенны Как известно, при Луг Кя(8 искажения а диаграмме направленности уже незначительны (менее !%).
Подставляя это значение в левую часть (20.20) получаем оценку лля выбора минимального расстояния между антеннами: г 2 —. (20.21) Л Выражение (20.21) спрааедзиао лля остронаправленной исследуемой антенны и при условии, что вспомогательная антенна слабонапраялеиная относительно исслелуемой, т.с. (з «(з, тле Лз — максимальный размер апертуры вспомогательной антенны. зйз Если 1, сравннм с Ею то расстоянне г следует выбирать с учетом того, что амплитуда поля, падающего от антенны А, на антенну А, была постоянна в пределах апертуры антенны Аэ . Это требование приводит к следующей оценке прн выборе расстояния г: 5Е (з (20.22) Л Есян нсследуемая н вспомогательная антенны являются слабонаправленнымн, т.е.
(ч д Л, то мнннмальное расстояние между антеннами выбирают нз условия г е 2ьз. (20.23) Прн проведении измерения важно обеспечить отсутствие отражений от земли (пунктир на рнс. 20.6) и лругнх окружающих предметов. Для ослабления влияния зем, ли прн полигонных измерениях антенны А,, А размещают на специальных вышках, а на земную поверхность укладывают щиты с поглощающим электромагнитное поле покрьггнем. Это позволяет обеспечить высокую точность нзмереюш не только формы основного лепестка, но и боковых лепестков до уровня — 30...-40 дБ. Для исключения влияния окружаюшнх предметов и обеспечения экологнческой чнстоты измерения проводят в специальных помещениях, покрытых юнутрн поглощаюжщм матернааом и называемых безэхоеыии манерами.
Для ускорения и автоматизации нзмереннй в качестве регнстрнруюшнх устройств используются самописцы нчн ЭВМ и автоматизированные поворотные устройства. Метод облета антенны ио зодоииой траектории и астрономический метод измерения. Одним нэ главных недостатков полигонных измерений в дальней зоне является необходимость обеспечения значительных расстояний между исследуемой и вспомогательной антеннами прн измерении диаграмм остронаправленных антенн.
Так, прн Л =! и и 29е, —— 1' тРебУемое мнннмальное РасстоЯние Равно 5 — 7 км. ПРн этом существенно возрастают затраты на строительство полигонов, увелнчнааются погрешностн нзмереннй нз-за влияния земли и возрастает потребная мощность используемых прн измерении СВЧ-генераторов. Частично устранить этн недостатки позволяют метод облета исследуемой антенны по заданной траекторнн и рацноастрономнческнй метод измерения. В первом нз ннх вспомогательная антенна располагается на самолете нлн вертолете, который совершает облет исследуемой остронаправленной антенны по заданной (часто круговой) траекторнн в дальней зоне антенны. Однако этот метод имеет ограниченное прнмененне нз-за сложности, высокой стоимости, малой производительности измерений н относнтельно малой точности нз-за невозможности постоянно выдерживать точную траектоРюо полата.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
