Диссертация (785868), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Высокая точность электродинамическогомоделированияисключаетнеобходимостьэкспериментальнойотработкиизлучателя в решетке. Современные пакеты программ, предназначенных дляэлектродинамического моделирования антенн и устройств СВЧ, позволяют такжеосуществить оптимизацию размеров излучателя.Электродинамическая модель рупорной антенной решетки показана нарис.7 и 8 а,б.Для получения стабильных фазовых характеристик в заданной полосечастот целесообразно выполнять распределительную систему по двоичной схемеделения мощности. При этом деление мощности может быть реализовано на Нтройниках и на Е-тройниках.
При расстоянии между излучателями порядка длиныволны в распределительной системе можно разместить только Е-тройники. На Етройниках схема деления получается компактной, но при делении мощности наплечах тройников возникают фазовые сдвиги 1800, которые компенсируютсятолько в двоичной схеме деления. Такая схема деления обладает наиболеестабильными фазовыми характеристиками, так как в ней выполняется равенствоэлектрических длин линий, возбуждающих излучатели. Для согласованияволнового сопротивления волноводной линии с волновым сопротивлениемнагрузки применяются плавные и ступенчатые трансформаторы. Они изменяютволновые сопротивления с малым шагом, обеспечивая малое отражение волны вместах перепада сопротивления. К достоинствам распределительной системыможно отнести монолитную структуру и отсутствие фланцевых соединений,208которые тоже представляют собой неоднородности и приводят к ростукоэффициента отражения всей системы.Рис.146.
Электродинамическая модель рупорной антенной решетки.а)б)Рис.147. Общий вид рупорной антенной решетки: а – вид спереди, б – видсзади.209Для формирования суммарной и разностной ДН используется однараспределительная система. Требуемый низкий УБЛ достигается неравномернымделением мощности в тройниках верхних этажей распределительной системы.Общий вид распределительной системы показан на рис.148.Рис.148. Общий вид распределительной системы.Для формирования суммарной и разностной ДН на входе распределительнойсистемы устанавливается волноводный Т-мост, который также целесообразновыполнять вместе с распределительной системой в виде одной монолитнойструктуры. Выходы Т-моста представляют собой стандартные волноводыпрямоугольного поперечного сечения.
К входам волноводного Т-моста могутбыть подключены направленные ответвители для подачи пилот-сигнала. Вкачественаправленныхответвителеймогутприменяться,напримердвухдырочные направленные ответвители.Электродинамическая модель всей решетки включает в себя излучающую,распределительную систему и Т-мост, который служит для формированиямоноимпульсавгоризонтальнойплоскости.Нарис.149показанаэлектродинамическая модель всей решетки с распределительной системой.210Рис.149. Электродинамическая модель рупорной антенной решетки сраспределительной системой.На рис.150 показана зависимость КСВ от частоты.Рис.150.
Зависимость КСВ от частоты.211Следующей необходимой характеристикой является пространственная ДН,которая показывает на сколько равномерным получается боковой фон внаклонных плоскостях. На рис.151 приведены результаты электродинамическогомоделирования рупорной антенной решетки.212Рис.151. Пространственная ДН, построенная на частоте f=9,3 ГГц (а), ДН ввертикальной плоскости (б), ДН в горизонтальной плоскости (в).213Из рис.151 видно, что максимальный УБЛ получается в главныхортогональных плоскостях, а в наклонных сечениях он намного меньше.
Крометого, распределительная система формирует луч карандашной формы и боковыелепестки симметричны. Это говорит о минимальных фазовых ошибках,возникающих в электродинамической модели.На рис. 152 приведены разностные ДН рупорной антенной решетки вгоризонтальной плоскости.214Рис.152. Пространственная разностная ДН рупорной антенной решетки сраспределительной системой в горизонтальной плоскости (а), разностная ДН натрех частотах (б).Полотно рупорной антенной решетки образовано 256 излучателями,размещеннымиэквидистантно.распределительной системыМеждупредусмотренизлучателямитехнологическийиэлементамизазор 1 мм.Структура размещения элементов – прямоугольная сетка с шагом d=30 мм погоризонтали и d=23 мм по вертикали.В горизонтальной плоскости решетка формирует суммарную и разностнуюДН.
В вертикальной плоскости формируется только суммарная ДН. Поэтомуантенное полотно в горизонтальной плоскости состоит из двух половин, которыевозбуждаются в противофазе.215Возбуждениеизлучателейосуществляетсяволноводомстандартногопоперечного сечения. В целях минимизации габаритных размеров, а такжеглубины распределительной системы в ней применяется нестандартный волноводс уменьшенными размерами поперечного сечения за счет уменьшения в два разаузкой стенки волновода. Согласование и спадающее к краям амплитудноераспределение также реализовано путем изменения размера узкой стенкиволновода и неравномерного деления мощности в волноводных тройниках.Переход к волноводу стандартного поперечного сечения23×10 ммосуществляется на выходе Т – моста.
Конструкция антенной решетки состоит изтрех слоев. Первый слой представляет собой антенное полотно из рупорныхизлучателей, второй - распределительную систему, третий – волноводный Т –мост. Целесообразно размещение других элементов в третьем слое, если ониотделяются экраном от Т – моста. Так как конструкция имеет малые потери враспределительной системе, то КУ рупорной антенной решетки в рабочей полосесоставляет 29-31 дБ.Для формирования суммарной и разностной ДН в горизонтальнойплоскости на входе схемы деления стоит Т-мост.
Один из входов Т-мостаподключается к приемнику, другой – к передатчику. Т-мост обеспечиваетхорошую поляризационную развязку между суммарным и разностным каналами.4.4Разработка низкопрофильного антенного модуля спутниковой связисантиметрового диапазона волн с электронно-механическим формированиемдиаграммы направленности, предназначенного для работы на подвижныхобъектахПотребностиоргановгосударственногоуправлениявуслугах,предоставляемых в сетях подвижной спутниковой связи, постоянно растут.
Дляих удовлетворения необходима организация высокоскоростных каналов, чтовлечетнеобходимостьулучшенияэнергетическиххарактеристиксредств216спутниковой связи при жестких требованиях к массогабаритным характеристикамстанций.Разрешение указанной задачи возможно на основе применения в составекомплексовспутниковойсвязинизкопрофильныхантенныхмодулей,использующих электромеханическое формирование диаграммы направленности.В настоящее время российский радиоэлектронный комплекс не обладаеттехнологиямипроизводстватакихантенн,чтосдерживаетширокоеиспользование технологий подвижной спутниковой связи в интересах органовгосударственного управления и бизнеса.Разработка базовой технологии создания низкопрофильных антенныхмодулейдлястанцийспутниковойсвязисантиметровогодиапазонасформированием диаграммы направленности, предназначенных для размещения намобильныхобъектах, позволитзначительнорасширитьвозможностипооснащению средствами спутниковой связи транспортных средствах различногокласса.Разрабатываемая технология позволит разместить на транспортном средствеперспективные спутниковые приемо-передающие комплексы, одновременноработающие через ретрансляторы различных космических аппаратов.При разработке низкопрофильного антенного модуля спутниковой связисантиметрового диапазона волн с электронно-механическим формированием ДН,предназначенного для работы на подвижных объектах целесообразно рассмотретьантенныесистемысэлектрическимимеханическимсканированием,устанавливаемые на подвижных объектах – автомобилях, самолетах, поездах ит.д.
В настоящее время интенсивно ведется разработка таких антенных систем,как в России, так и за рубежом. Основным требованием, предъявляемым к такимсистемам, является обеспечение высокого энергетического потенциала, подкоторым в данном случае понимается произведение коэффициента усиленияантенны и излучаемой мощности, в секторе сканирования. Поэтому некоторые217рассматриваемые антенные решетки являются активными, а также применяютсяконформные антенные решетки.
При разработке низкопрофильного антенногомодуля спутниковой связи сантиметрового диапазона волн с электронномеханическим формированием ДН, предназначенного для работы на подвижныхобъектах целесообразно также учитывать экономические характеристики. Внастоящее время имеются антенные системы с механическим формированиемлуча и сканированием, они существенно дешевле аналогичных АФАР илицифровых активных фазированных антенных решеток (ЦАФАР).В литературе приводятся антенные решетки с электрическим сканированиемв угломестной плоскости и механическим сканированием в азимутальнойплоскости.
Такие антенны состоят из подрешеток, формирующих луч внаправлении спутника и отслеживающих это направление при изменении ракурсаподвижного объекта. Высокий энергетический потенциал в секторе сканированияв основном обеспечивается сложной структурой антенного полотна [135,136].Элементы антенной решетки должны иметь эллиптическую или переключаемуюполяризацию, т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
