Диссертация (785868), страница 18

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

Текст из файла (страница 18)

Так как в таких материалахосновную долю их объема составляют воздушные полости, их прочность оченьнизкая. Использование таких материалов для производства антенного модуля,который испытывает при эксплуатации серьезные механические нагрузки,нецелесообразно.Таким образом, определена оптимальная схема размещения элементовантенной решётки при работе на передачу и на приём. Однако при разработкеантенны целесообразно провести экспериментальное исследование опытногообразца, а также предварительный расчет его характеристик.

Схема размещенияэлементов образца показана на рис.115. Антенное полотно формируется системойконцентрических щелей. Щели прорезаются на верхней крышке неэквидистантнодля получения спадающего к краям амплитудного распределения.163Рис.115. Схема размещения элементов в передающей антенной решетке нарадиальном волноводеРадиус щелей выбирается исходя из условий достижения максимальногоусиления и требуемого согласования. Для реализации спадающего амплитудногораспределения целесообразно выполнять антенное полотно разреженным к краям.Закон изменения количества элементов на внешнем кольце может быть определенпутем разложения ДН ККАР в ряд Фурье Бесселя.

Можно также использоватьфазовый способ уменьшения УБЛ с помощью неэквидистантного размещенияотверстий в пространстве. Параметры радиальной линии приведены в таблице 5.Таблица 5Радиус РВ,ммВысота РВ, ммТолщина стенок РВ,ммТолщинарадиопоглощающегоматериала, мм1651535Общий вид решетки показан на рис.116.164Рис.116. Общий вид решетки.Моделирование и макетирование проведены для передающей антеннойрешетки. При заданном размере апертуры получается антенная решетка,состоящая из M=8 колец и, соответственно,N=135 круглых щелей.

Радиусыколец и угловой шаг размещения щелей приведены в таблице 6.Таблица 6НомерЧисло элементовУгловой шагРадиус кольца103600266019кольца165На31230384182057524157663012957241511482018133рис.117приведенпримернаиболеепростогопереходапрямоугольного волновода с волной H10 к круглому волноводу с волной Н11.Рис.117.

Возбуждение антенны с помощью плавного перехода.от166Нижепредставленыоптимизированныепокритериюминимумакоэффициента отражения результаты расчетов основных характеристик антеннойрешеткисраспределительнойсистемой,возбуждаемойпрямоугольнымволноводом R120. Для равномерного возбуждения антенны в двух плоскостяхцелесообразноиспользоватьвозбуждениеантенногополотначерезполяризационную секцию. Поляризационная секция является стандартнымизделием и выполняется на круглом волноводе с диэлектрической вставкой илиметаллическими стержнями.При изготовлении антенны нельзя использовать внутреннее диэлектрическоезаполнение.Таккакприэтомуменьшаетсяэлектрическаяпрочность,увеличиваются потери и возникает рассогласование.

Кроме того, при заливке РВдиэлектриком трудно получить хорошую воспроизводимость электрофизическихпараметров. Допустимо использовать диэлектрический обтекатель. В качествематериала заполнения желательно использовать материал с диэлектрическойпроницаемостью, слабо отличающейся от единицы.

В качестве материалаобтекателяможновзятьпенистыйполистиролсдиэлектрическойпроницаемостью ɛ=1,03-1,1. Ниже приводятся результаты расчета антеннойрешетки с диэлектрическим обтекателем с ɛ=1,2. На рис.118 приведенаэлектродинамическая модель антенной решетки с обтекателем.167Рис.118. Электродинамическая модель антенной решетки с обтекателемНа рис.119 приведена пространственная ДН антенной решетки нарадиальном волноводе на частоте 14 ГГц.Рис.119. Пространственная ДН антенной решетки на радиальном волноводе начастоте 14 ГГц.Аналогичные характеристики получаются на крайних частотах диапазона.

Нарис.120 приведена пространственная ДНрешетки на частоте 13,75 ГГц. Нарис.121 приведена пространственная ДН решетки на частоте 14,5 ГГц.168Рис.120. Пространственная ДН антенной решетки на радиальном волноводе начастоте 13,75 ГГц.Рис.121. Пространственная ДН антенной решетки на радиальном волноводе начастоте 14,5 ГГц.169УБЛ изменяется в пределах -10…-19 дБ и может быть снижен с помощьюамплитудно-фазового синтеза путем оптимального выбора координат размещенияэлементов и их диаметров.Электродинамическая модель включает в себя переход с прямоугольноговолновода на круглый, который сложен в изготовлении. Поэтому целесообразнорассмотреть варианты конструкции с другими типами переходов или без них.Наиболее простой случай представляет собой возбуждение радиальноговолновода прямоугольным волноводом с основной волной H10.Моделирование показывает, что согласование практически не меняетсярис.122.Рис.122.Зависимость КСВ антенной решетки с распределительной системой иобтекателем от частоты.В электродинамической модели имеется также радиопоглощающий материал(РПМ), тип которого не определен.

Поэтому желательно подобрать РПМ,обеспечивающий эффективное поглощение энергии электромагнитной волны иобладающий минимальными массогабаритными характеристиками.170На рис.123-126 приведены расчетные ДН антенной решетки, построенные врабочей полосе частот.Рис.123.ДН антенной решетки, работающей на приём, в горизонтальнойплоскостиРис.124.ДН антенной решетки, работающей на приём, в вертикальнойплоскости.171Рис.125.ДН антенной решетки, работающей на передачу, в горизонтальнойплоскостиРис.126.ДН антенной решетки, работающей на передачу, в вертикальнойплоскости.По результатам, полученным путем численного электродинамическогомоделирования, был изготовлен опытный образец антенной решетки сволноводными излучателями.

Фотография антенного полотна с согласующимустройством приведена на рис.127.172Рис.127.Фотография антенного полотна с согласующим устройством.На рис.128 представлены элементы антенной решетки, совмещенные ссистемой возбуждения.Рис.128. Элементы антенной решетки, совмещенные с системой возбуждения.Способ крепления возбудителя к распределительной системе на РВ показан нарис.129.173Рис.129.

Способ крепления возбудителя к распределительной системе на РВ.Результаты численного эксперимента были сопоставлены с результатамиэкспериментальногоэкспериментальноеисследованияисследованиеККАР.Дляхарактеристикэтогобылонаправленностипроведеноантеннойрешетки с использованием измерительного комплекса «DAMS 6100». Схемаизмерительного комплекса показана на рис.130. Фотографии, иллюстрирующиеэкспериментальное измерение характеристик антенной решетки приведены нарис.131 и 132.Рис.130. Схема измерительного комплекса.174Рис.131. Антенна на измерительном стенде.Рис.132. Эталонная широкополосная антенна измерительного комплекса.175Результаты измерения ДН антенны в двух ортогональных плоскостях,представлены на рис.133 и 134.Рис.133.ДН антенны в плоскости Е.Рис.134.ДН антенны в плоскости Н.1763.8 Концентрический сферический волновод как система возбужденияконформных антенных решетокОдним из перспективных способов возбуждения ФАР является РВ,позволяющий обеспечивать сочетание преимуществ фидерной системы питания ипространственного возбуждения [114-116].

При конструктивном исполнении РВвозможны технологические отклонения от плоской поверхности. В бортовыхФАР возникает необходимость создания решетки на выпуклой поверхности,поэтому ниже рассматривается концентрический сферический волновод (КСв)рис.135. В этом волноводе рассмотрены типы волн, наличие волны типа Т ивозможность появления дисперсии.Рис.135.К определению поля в КСВТеория РВ хорошо известна [82]. В таком волноводе основная волнараспространяется с фазовой скоростью, равной скорости света в свободномпространстве.

В соответствии с терминологией [82], эта волна называется E00. Приравномерном изгибе РВ получается КСв. Структура поля в КСв в литературе нерассмотрена. Известны сферические волноводы, образованные одной сферой, вне177которой распространяется поле [82]. Известны сферические резонаторы, укоторых рассмотрены резонансные частоты внутри металлической сферы[101,102].При образовании электромагнитной системы двумя концентрическимисферами возможны процессы, аналогичные процессам в сферических резонаторахи РВ. В первом случае – сферические замкнутые поверхности, а во втором случае– незамкнутые поверхности с большим радиусом кривизны. Нас интересуютпроцессы, связанные с бегущими волнами, а не стоячие волны в замкнутыхсистемах.Как известно, изменение граничных условий, замена плоской проводящейповерхности другой поверхностью приводит к изменению критических частот иструктуры полей.

Поэтому возникла задача нахождения структуры основнойволны в КСв, условий ее существования и выяснения фазовой скорости волныпри изгибе РВ. При решении такой задачи возникают математические сложностипри описании бегущей волны в угломестном направлении с помощью функцийЛежандра.Для решения этой задачи необходимо подробно рассмотреть решениеволновых уравнений для выяснения основных закономерностей.Рассмотрим идеально проводящий КСв, заполненный воздухом, привозбуждении в нем полей с гармонической временной зависимостью. С учетомэлектрофизических параметров среды    8,854 1012Ф / м,   1,257 106 Г / м  ипри отсутствии источников возбуждения уравнения Максвелла, описывающиеполя в волноводе, примут вид [82,100,101]:rot E  j H  0rot H  j E  0divE  0divH  0(137)178 где E, H - комплексные амплитуды векторов напряженности электрического имагнитного поля в сферической системе координат.На стенках волновода граничные условия имеют вид:Et  0Hn  0(138)где Et - касательная составляющая вектора напряженности электрического поля,H n - нормальная составляющая вектора напряженности магнитного поля.При отсутствии источников уравнения (124) преобразуются в однородныеволновые уравнения: 22 Ek E 0(139a)2 H  k 2 H  0(139б)где k   2 - волновое число.Поля в КСв рис.120 удобно анализировать в сферической системе координат.Уравнения (136) в сферической системе координат принимают вид:   E   j r sin H r  sin E      Er    r sin E    j r sin H   r ErE  r   j rHr   H j r sin Er sin H     H r    r sin H   j r sin E  r H rrH  j rEr   и уравнение (140) принимает вид:(140)1792 2cos 1 21 2 E  r r2 r 2 sin   r 2  2 r 2 sin 2   2  rr222   2Er sin E  E   k Er  0222 rr sin r sin 2 2cos 1 21 2 E  r r 2222222rr sin r r sin   E  2 Er  2 cos   E   k 2 E  0r 2 sin 2  r 2  r 2 sin 2     2 2cos 1 21 2 E  r r2 r 2 sin   r 2  2 r 2 sin 2   2  rEr 2 sin 2 Аналогично Er2 cos E  k 2E  0222r sin r sin 2записываютсявыражениядля(141)компонентвекторанапряженности магнитного поля (139б).

Компоненты электромагнитного поля вКСв определяются интегрированием волновых уравнений (139а, 139б).3.9 Интегрирование волнового уравнения. Компоненты поля типа Е.Электромагнитноеполеволнвпрямомволноводепроизвольногопоперечного сечения обычно классифицируют по наличию или отсутствиюпродольных составляющих векторов электрического и магнитного полей[100,101]. По этой классификации электрическими волнами (типа Е) называютсяволны, имеющие только электрическую продольную компоненту, а магнитными(типа Н) – только магнитную продольную компоненту. Для более сложныхволноводных систем (диэлектрических, частично заполненных и т.д.) вводятсягибридные волны [103].При определении структуры поля в КСв необходимо также разделить волнына два типа.

Характеристики

Список файлов диссертации