Диссертация (785868), страница 16

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

Текст из файла (страница 16)

Тогда возбужденное полебудет иметь только три составляющие:  J  kr  H 2 kr при r  r ;  I e dlwkn 0 n0E z r ,      zcos n       (133а)0  22hn  0n  J n krH n  kr0  при r  r0 ;  J  kr  H 2 kr при r  r ;  jI e dllkn 0 n0H r ,     zcos n       (133б)0  22hn  0n  J n krH n  kr0  при r  r0 ;  J  kir  H 2 kr при r  r ;  jnI e dl0z sin n      n  0  nH r r ,    0  2 n  0  2rh n  J n krH n  kr0  при r  r0 .(133в)Для электрического штыря, находящегося на оси волновода r0=0 имеем:0J n 0  1при n  0при n  0Тогда в волноводе распространяется только вольна типа Т:144wkI e dl 2zE z r   H n kr;4heikI dl 2zH r  H n kr. 4h(134)В радиальном волноводе понятие длины волны теряет свой обычный смыслввидунепериодическогохарактераизмененияполявнаправлениираспространения.

Ясно, что обычное соотношение между длиной волны вволноводе и критической длиной волны больше несправедливо. Однако введениепонятия критической длины волны, при которой третье слагаемое уравненияБесселя равно нулю полезно как показатель распространения волны того илииного типа. Для волн типа Е критическая длина волны равна:кр 1(135)2  m 2 n    2h  2r и ее зависимость от r указывает, что волны данного типа распространяется вобласти, для которой < и не распространяется, когда > Следовательно,радиальныйдиполемволноводвозбуждаютсявозбуждаетсяэлектрическиемагнитнойщелью,волны.товЕслинемраспространяются волны типа Н и задача решается аналогично.Рассмотрим одиночный изолированный электрический штырь длиной ,расположенный в центре радиального волновода.

Высота радиального волноводаменьше длины волны. На поверхность штыря наводим поверхностную плотностьтока J z  . В этом случае компонента z электрического поля внутри радиальноговолновода может быть определена как сумма полей элементарных диполей,образующих штырь.

Сложение бесконечного числа элементарных полейосуществляется путем интегрирования:145E z r   wk 2 1H kr J z dz.4h n0(136)Рис.101. Радиальный волновод с двумя штырями.На рис.101 показаны два штыря в радиальном волноводе. При этом штырь располагается в центре волновода, а штырь - в удалении от центра на расстояниерадиуса r'.

Полное наведенное сопротивление между двумя этими штырямиможетбытьполученосиспользованиемметоданаведенныхЭДСссинусоидальными токами J i z  и J z  на поверхностях штырей в виде:jl lji2Z H kr    J z J  z dz dz ij J 0J 0 4h ni i j j  i j00ij1wkl sin k  l  z l sin k l  z j kljij wk 2ii dz  w H 2 kr tg  jH kr  dz ji 4kh n4h n2sin  kl 00 sin klijJ i, j z   J i, j 0   kl  itg 2 гдеsin k  li, j  z ,, - глубины погружения и штырей.sin  kli, j Коэффициент взаимной связи между штырями и вычисляется следующим образом:в матрице рассеяния146Sij 2ZZiiZij0Z0  1  Z jj Z0  1   Z Z 0  ij2где 0 – харектеристическое сопротивление фидерных линий, к которомприсоединены штыри.

, – полные входные сопротивления штырей иопределяются следующими выражениями:ll sin k l  z kl iwk 2 i sin k li  zii i dz  w H 20 tan 2  i Z ii H 0 dzi  2 i 4kh 04h 00 sin kli0 sin kli  l sin k  l  z l sin k  l  z jjjjjwk2 jZ jj  J kr H kr  dz dz nnjj2hn0 n0 sin  kl j 0 sin  kl j    kl M wk2 j2 J kr Hkr tan nn 2 n  0 2 n hMЧисло М можно взять равным целой части отношения ( 2/ ), что даетдостаточную точность для инженерного расчета.На рис.102 и рис.103 приведены значения коэффициента взаимной связимежду двумя штырями (рис.93) в зависимости от относительных расстояниймежду ними и от относительных погружений штыря в радиальный волновод.147Рис.102.Зависимость коэффициента взаимной связи между двумя штырями ототносительных расстояний между ними для различных значений погружения штыря врадиальный волноводРис.103.Зависимость коэффициента взаимной связи между двумя штырями отпогружения штыря в радиальный волновод для различных относительныхрасстояний между штырями.148Если питаем штырь с заданной глубиной погружения ( = ) так,что амплитуда поля в центре волновода равняется 1 (В), то амплитуда поля,отводимая штырем равна коэффициенту взаимной связи .

Она являетсяфункцией от глубины погружения штыря , и от удаления этого штыря от центраволновода r'.Таким образом, при заданном распределении коллекторных штырей, изменяя ихглубиныпогружения, можем получить требуемоеамплитудное распределение наапертуре ФАР.3.6. Схемы возбуждения радиального волноводаВозбуждение радиального волновода может осуществляться с краев или изцентра.

Способ возбуждения определяется назначением и энергетическимихарактеристиками радиотехнической системы. Для возбуждения радиальноговолновода из центра и «организации» моноимпульсного режимаможноиспользовать восемь коаксиальных зондов, расположенных вокруг возбудителя,как показано на рис.104. Такой способ возбуждения позволяет реализоватьмоноимпульсный режим работы. Для моноимпульсного возбуждения радиальноговолновода также может быть использован трехмодовый волноводный суммарноразностный возбудитель, показанный на рис.105.

Для получения суммарноразностных диаграмм направленности используются три моды в кругломволноводе: Е01(суммарный канал) и две ортогонально-вырожденные моды Н11(разностные каналы).На рис.106а,б представлена картина распределения Ezкомпоненты поля в РВ при возбуждении его восемью коаксиальными зондами, ана рис.99а,б- картина распределения Ez компоненты при возбуждение еготрехмодовым волноводным суммарно-разностным возбудителем, приведенным нарис.105.149Рис. 104.

Возбудитель радиального волновода.Рис.105.РВ с трехмодовым волноводным суммарно-разностным возбудителем.150Представленные на рис.106 и 107 картины распределения Ez компонентыполя при возбуждении РВ рассматриваемыми типами возбудителей посуммарному и разностному каналам рассчитаны по программе численногомоделирования.Рис. 106.

Картина распределения Ez компоненты поля РВ при возбуждении: а)-посуммарному и б)-по разностному каналу.Рис.107. Картина распределения Ez компоненты поля РВ, при возбуждении: а)-посуммарному и б)-по разностному каналу.151Возбуждение радиального волновода с краев может быть реализовано с помощьюволноводной распределительной системы. В настоящее время для расчета такихраспределительных систем применяются специализированные пакеты программ,предназначенные для расчета антенн и устройств СВЧ.

На рис. 108 показанаэлектродинамическая модель четверти такой распределительной системы,выполненная с применением программы Microwave studio в вычислительныймодуль которой заложен метод конечных интегралов.в)Рис.108.Волноводная распределительная система: а- работающая насогласованные нагрузки, б - на свободное пространство, в - распределениевектора напряженности электрического поля в волноводном делителе.152Волноводный возбудитель удобно рассчитывать в программе HFSS, так какдля расчета коэффициента отражения необходимо задавать координаты портов внеортогональных плоскостях.

Пример моделирования волноводного возбудителяв программе HFSS показан на рис.109.153Рис.109. Пример моделирования волноводного возбудителя в программе HFSS.Изпредставленныхраспределительнаярисунковсистемавидно,позволяетчтосоздатьрадиальнаяФАР,волноводнаяработающуювмоноимпульсном режиме.3.7 ККАР изволноводомволноводныхизлучателей,возбуждаемаярадиальнымАнтенные решетки с распределительной системой в виде РВ находятширокое применение не только в радиолокационных системах, но и в мобильныхтелекоммуникационных системах. В статье [106] рассматриваются антенныесистемы с электрическим и механическим сканированием, устанавливаемые наподвижных объектах – автомобилях, самолетах, поездах и т.д.Основнымтребованием, предъявляемым к таким системам, является обеспечение высокогоэнергетического потенциала, под которым в данном случае понимаетсяпроизведение коэффициента усиления антенны и излучаемой мощности, в секторесканирования.154На современном этапе развития систем спутниковой связи возникаетнеобходимость повышения эффективности работы антенн.

В последнее времянаметился переход от апертурных антенн к антенным решеткам. Широкоеприменение нашли плоские антенные решетки из печатных излучателей, так какони обладают технологичностью, а также малыми массогабаритными истоимостными характеристиками. Однако существуют некоторые недостаткиплоских антенных решеток: они имеют сравнительно узкую рабочую полосучастот и большие потери в распределительной системе. В настоящее времявозникает необходимость в расширении функциональных возможностей системспутниковойсвязи.низкопрофильныхПерспективнымантенныхмодулейнаправлениемспутниковойявляетсясвязиразработкасантиметровогодиапазона волн с малыми потерями. В последнее время интенсивно ведутсяисследования таких антенных систем, как в России, так и за рубежом.Влитературемеханическимприводятсясканированием.антенныеТакиерешеткиантеннысэлектрическимсостоятизиподрешеток,формирующих луч в направлении спутника и отслеживающих это направление.Высокий энергетический потенциал в секторе сканирования в основномобеспечивается сложной структурой антенного полотна [107-109].

Элементыантеннойрешетки,какправило,имеютэллиптическуюилилинейнуюпереключаемую поляризацию.Одним из важнейших требований к антеннам является их компактность инебольшиезначениямассогабаритныххарактеристик.Этитребования,определяются технологией изготовления антенного полотна и распределительнойсистемы. На сегодняшний день в России и за рубежом широкое распространениеполучили две технологии изготовления антенн: печатная (микрополосковая) итехнология гальванопластики [109-112].

Характеристики

Список файлов диссертации