Диссертация (785868), страница 6

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

Текст из файла (страница 6)

Как известно [68], КНД может бытьувеличен до 1,5 раз в результате взаимодействия. Сопоставляя рассчитанные КНДпутем интегрирования и вычисленные путем перемножения КНД от каждогоэлемента, получаем приблизительно одинаковые результаты. Сравнение расчетовКНД по (8) и по приближенной формуле показывает потери усиления антенны засчет значительных дальних боковых лепестков и обратного излучения.Проведенные численные исследования ККАР с различным числом излучателейпоказывает уменьшение УБЛ примерно как 1 по полю.N2.2 Частотные характеристики ФАР с широкоугольным сканированиемШироко используемые в настоящее время ФАР имеют ограниченную полосупропускания и рабочий диапазон.

Как известно [55,69], рабочая полоса зависит отсектора сканирования, направленности антенны и схемы построения. Взависимости от схемы построения, полоса в процентах приблизительно равнаширине луча в градусах. Как было отмечено выше, в ККАР может бытьреализована работа в диапазоне, применяя только фазирование без коммутацииизлучающего раскрыва.Кольцевые концентрические антенные решетки, как и выпуклые антенныерешетки, обладают лучшими диапазонными и частотными характеристиками всравнении с плоскими решетками.

Это объясняется устранением углочастотнойчувствительности (УЧЧ), имеющей место в плоских антенных решетках, т.к. вККАР для любого положения луча, формированиеДНпроисходит внаправлении нормали к эквивалентной излучающей апертуре. Общие частотныесвойства ВФАР подробно рассмотрены в [28].ВнастоящейработеширокополосностьККАРопределяласьпутемчисленного моделирования характеристик, при котором фазовое распределение39устанавливалось с помощью фазовращателей, с независящими от частотыфазовымисдвигами(коммутационныефазовращателинаp-i-n-диодах).Результаты этих исследований представлены на рис.13 и 14.

Эти исследованияпозволили установить, что полоса ККАР превышает в несколько раз полосуплоских ФАР, но также зависит от направленности и с увеличениемнаправленности полоса сужается, причем полоса в ККАР ограничивается ростомУБЛ. Если требуется диапазонная работа (последовательно на несколькихчастотах), то при наличии диапазонности излучателей, фазовращателей иуправляющих устройств, ограничений не возникает. Последнее иллюстрируетсявозбуждением решетки с помощью управляемых линий задержки (УЛЗ), прикотором с изменением частоты изменяется ширина луча и УБЛ в соответствии сприведенными выше расчетами.Рис.13.ДН ККАР при различных значениях /.40Рис.14.Зависимости УБЛ и ширины луча от длины волны.В последнее время особый интерес представляют электрически сканирующиеантенны, излучающие сверхширокополосные сигналы (видеоимпульсы илирадиоимпульсы с длительностью 10-10-10-12 с), что требует построения антенн,обеспечивающих соответствующую ширину полосы.

Характеристики такихантенн были рассмотрены в [70,71], из которых следует, что для построенияэлектрически сканирующих антенн целесообразно применение выпуклых антенн,обеспечивающих широкоугольное электрическое сканирование. Фазовые сдвигимогут быть достигнуты временем включения генераторов элементов АФАР илиприемных систем.На рис.13 приведены ДН ККАР из 37 излучателей с шириной луча 20,7=8при изменении длины волны  на 10 и 15.

На рис.14 приведены зависимостиширины луча от длины волны при неизменном фазовом распределении в решетке,соответствующемсреднейдлиневолны.Приизменениичастотыификсированных фазовращателях возникают фазовые ошибки, которые неприводят к отклонению луча в пространстве, но влияют на УБЛ и КНД. Обычные41ограничения на рабочую полосу из-за частотного смещения луча в пространствездесь не проявляются и критерием, определяющим допустимое изменениечастоты, может служить увеличение УБЛ или уменьшение КНД. ЗадаваясьдопустимымпадениемКНДилиувеличениемУБЛ,можновычислитьдопустимую величину изменения частоты.

На рис.15 приведены зависимостиотносительного изменения длины волны в процентах от приращения УБЛ прииспользовании фиксированных фазовращателей, не зависящих от частоты.Рис.15.Рабочая полоса ККАР в зависимости от приращения УБЛ.При фазировании такой же антенны с помощью линий задержки полоса ещебольше расширяется и достигает октав и более. На рис.16 приведены ДН ККАР из37 излучателей с шириной луча 20,7=8 при изменении длины волны  в 1.5 раза.На рис.17 приведены зависимости ширины луча и УБЛ от длины волны привозбуждении решетки УЛЗ.

На рис.18 приведены зависимости относительногоизменения длины волны в процентах от ширины ДН, построенные для вариантовККАР (таблица 1): 1- при возбуждении решетки УЛЗ (по критерию паденияусиления на 3 дБ); 2 - при использовании фиксированных фазовращателей, независящих от частоты (по критерию увеличения УБЛ на 3 дБ). На том же рисункепостроена аналогичная зависимость для плоской антенной решетки – 3,42построенная по критерию частотного смещения луча [68] на 0,25 от ширинылуча при данном угле отклонения.Рис.16.ДН ККАР при возбуждении линиями задержки.Рис.17.Зависимости УБЛ и ширины луча от длины волны.43Рис.18.Зависимость относительного изменения длины волны от ширины луча.Таким образом, применение ККАР в антеннах с электрическимсканированием позволяет расширить рабочую полосу в несколько раз.Дальнейшее расширение полосы может быть достигнуто использованием другихраспределений, известны результаты по выпуклым решеткам [28], но при этомуменьшается усиление решетки и возрастают ее относительные размеры.Ниже рассматриваются частотные характеристики ККАР, состоящей из N=62элементов и работающей в Ku-диапазоне.

На рис.19а и 19б приведены ДНрешетки при изменении частоты в 30% полосе. На рис.20 показана зависимостьширины луча и уровня боковых лепестков от частоты.а)б)Рис.19. ДН ККАР в плоскости размещения элементов при изменении частоты вполосе 30%.44Рис.20.Зависимости УБЛ и ширины луча от частоты.ЦелесообразнорассчитатьаналогичныезависимостидляККАРвугломестной плоскости. На рис.21 и 22 приведены ДН решетки при изменениичастоты в 30% полосе. На рис.23 показана зависимость ширины луча и уровнябоковых лепестков от частоты.Рис.21. ДН ККАР в угломестной плоскости при изменении частоты в полосе30%.45Рис.22.Главный максимум ДН ККАР в в угломестной плоскости приизменении частоты в полосе 30% .Рис.23.Зависимости УБЛ и ширины луча от частоты.462.3 Взаимодействие излучателей в кольцевых концентрических антенныхрешеткахВ плоских ФАР взаимодействие излучателей подробно исследовано [55] иобщие закономерности (ослепление решетки, связь ДН элемента со входнымсопротивлением и способы согласования элементов при сканировании) выявлены.Для рассматриваемых антенн известные результаты не применимы.

Так каквзаимодействие в решетке имеет важное значение, необходимо выяснить характерэтого взаимодействия и оценить величину.Эффект взаимодействия в ККАР имеет место, но проявление его можетсущественно измениться в отличии от плоских решеток, что объясняетсязначительным удалением излучателей друг относительно друга. Как былопоказано выше, шаг в ККАР может существенно превышать длину волны, причемего величина определяется направленностью антенны. У антенн с высокойнаправленностью шаг достигает 3 длины волны. В соответствии с теорией антенн,при размещении излучателей с шагом 3-4 длины волны, эффекты взаимодействияослабевают настолько, что или можно пренебречь.Наиболее простым методом оценки взаимодействия в такой нерегулярнойструктуре является метод наведенных ЭДС, который позволяет оценитьвзаимодействие и возможность согласования излучателей в решетке в секторесканирования.Для ККАР сопротивлениеизлучения элемента и его ДН зависят отположения элемента, поскольку взаимные связи проявляются по-разному дляразличных элементов.Для расчета взаимного сопротивления известно несколько аналитическихметодов.

Общепринятые методы, учитывающие взаимодействие в большихплоских решетках с помощью канала Флоке, применить здесь не представляетсявозможным. Для учета взаимодействия и возможных явлений («ослепления»,роста боковых лепестков и падения усиления) необходимо использовать прямыеметоды расчета поэлементного анализа. Возможным упрощением расчета47взаимодействиясканирующейККАРявляетсятообстоятельство,чтовзаимодействие можно рассчитать для одного фиксированного положения луча,так как при сканировании происходит поворот фазового распределения,пропорциональный повороту луча и если система согласована для одногоположения луча, то согласование сохраняется и для другого положения луча.Исходя из центральной симметрии ФАР при широкоугольном сканированиине следует ожидать существенных провалов ДН, возможны изменения в пределахуглового шага симметрии решетки, т.

е. незначительного угла по сравнению сшириной ДН.При импедансном подходе к анализу ФАР входные параметры каждогоэлемента связываются с помощью взаимного сопротивления (или проводимостидля щелевых излучателей) с входными параметрами другого элемента.Ниже приведен расчет взаимодействия с помощью метода наводимых ЭДС[72] для вибраторной решетки с разной направленностью.Для минимизации потерь в ККАР, возникающих при рассогласованииизлучателей с питающими цепями в результате взаимодействия, необходимосогласовывать вибраторы со средним входным сопротивлением. Входноесопротивление может быть найдено для каждого отдельного вибратора путемсуммированиявзаимныхсопротивленийостальныхвибраторов.Расчетыпроводились для ККАР из системы полуволновых вибраторов при расстояниимежду излучателями от  до 3  - рис.24. Для расчета входного сопротивленияиспользовались табличные значения взаимных сопротивлений [72].

Характеристики

Список файлов диссертации