Диссертация (785868), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

С подъемом луча во второй плоскости ДН ККАРприближается по форме к ДН апертурных антенн. Приведенные результатырасчета представляют практический интерес по сравнению с плоской решеткой,так как она имеет большее расстояние между элементами.

За счет расположенияизлучателей по кольцам, решетка получается неэквидистантной и при большомрасстоянии между излучателями не происходит формирование дифракционныхмаксимумов. При равномерном возбуждении максимальный УБЛ не превышает –18 дБ.Рис.39.ДН ККАР в вертикальной плоскости при разном направлении луча(N=1500) d=.61Рис.40.ДН ККАР в горизонтальной плоскости (N=1500).Общее число излучателей, необходимое для формирования луча с заданнойшириной и УБЛ, оказывается меньше, чем число элементов в антенной решетке спрямоугольным раскрывом. Кольцевые концентрические антенные решеткипредставляют собой неэквидистантную структуру с одной стороны и регулярнуюструктуру с другой стороны.

При этом необходимое число излучателей длясканирования в заданном пространственном секторе согласуется с ранееприведенными соотношениями и определяется по формуле:  скскN  1 122 0.7 0.7(11)Однако, при сканировании в двух плоскостях происходит изменение шириныДН в вертикальной плоскости, пропорциональное изменению эквивалентнойапертуры и отмеченные выше диапазонные свойства ухудшаются (появляетсяУЧЧ).Выше были рассмотрены антенны с широкоугольным сканированием вплоскости ККАР. Рассмотрим модели антенных решеток, которые образуютвыпуклые (конформные) антенные решетки из системы ККАР и позволяют62осуществлять двумерное сканирование, ограничив сектор сканирования вплоскости диска.Для построения двумерно сканирующих антенн со сканированием поазимуту 360  из ККАР образуется ВФАР, показанная на рис.4. Однако для ихвозбуждения и управления фазовым распределением приходится ККАР заменятьдисковой антенной (ДА) [81], образованной ККАР и дополнительным диском.Между двумя проводящими дисками образуется радиальный волновод, которыйвозбуждается системой концентрических кольцевых излучателей.

Для основнойволны фазовая скорость совпадает со скоростью света, а для остальных типовволн наблюдается дисперсия. Это обстоятельство указывает на корректировкуфазового распределения, приведенного ранее. Проведенные расчеты [81]показывают возможные погрешности при фазовом возбуждении дисковойантенны. Набор дисковых антенн позволяет осуществлять сканирование поазимуту в пределах 360 и по другой координате в некоторых пределах, т.е. приограниченном секторе сканирования в другой плоскости.

В тех задачах, когдаограниченныйсекторсканированияпоазимуту,можнорассматриватьнаправленные излучатели и построить модифицированную ККАР с числомэлементов близким к минимальному.Одним из возможных преимуществ таких систем как ККАР будетуменьшение необходимого числа управляющих излучателей при широкоугольномсканировании,возможностьдвумерногоуправлениялучаиувеличениеширокополосности в сравнении с плоскими решетками. Дисковая антеннапредставляет и самостоятельный интерес как антенна или возбуждающая системацилиндрической антенной решетки, осуществляющая необходимое секторноевозбуждениевцилиндрическойантеннойрешеткеспомощьюоднихфазовращателей без коммутаторов.Дисковую антенну можно образовать из ККАР путем добавления второгопроводящего экрана на высоте h<.

Ниже рассматриваются возможные измененияхарактеристик направленности такой антенны по сравнению с ККАР:63 изменятся характеристики, проходящие через ось дисковой антенны; произойдет изменение функции Грина отдельных элементов возбуждающейсистемы. Если в ККАР поле каждого излучателя описывается функциейГрина в свободном пространстве над экраном, то в ДА каждыйвозбуждающий элемент создает спектр собственных волн РВ; изменится фазирование и возбуждение отдельных элементов в решетке.Ниже показана возможность использования ранее полученных результатов втеории ККАР для приближенных расчетов ДА с помощью анализа структурыполя РВ, возбуждаемого отдельными элементами всей системы.Радиальный волновод (РВ) рассмотрен в ряде работ, например [82,83].

Поле вРВ может быть как и в любом волноводе представлено через волны типа Emn иHmn.ВолнойтипаEmnназовемволну,имеющуютолькопоперечнуюэлектрическую составляющую. Первый индекс m определяет вариации поля повысоте, а второй индекс n - по радиусу. При h< вариации поля по высоте будутотсутствовать и в рассматриваемом волноводе будут волны типа E0n.

Поле будетиметь компоненты Ez, H и Hr для области R>r0, где r0 - радиус области довозбудителя от центра:cosn  (1)Ez  A  2H n r  2 sin n jkn sin n  (1)Hr AH n r r 2 cosn cosn  (1)'H   jkAH n r 2 sin n (12)где A2- амплитуда, - постоянная разделения, k- волновое число, r,-координаты в(1)цилиндрической системе, n- положительное вещественное число, H n - функцияХанкеля 1-го рода, порядка n.При R<r0 рис.41функции Ханкеля заменяются на функции Бесселя, которыесоответствуют стоячей волне, образующейся от излучателя к центру [80].

Закон64изменения функций Бесселя позволяет установить точки наиболее удобногорасположения возбудителя для n-й гармоники. Приняв радиус расположения n-говозбуждающего элемента в области R<r0, поле будет представлять стоячую волнуи описываться функцией Бесселя:cosn Ez  A  2J n r  2 sin n HrHjkn sin n AJ n r r 2 cosn cosn  '  jkAJ n r 2 sin n (13)Поле в раскрыве антенны, на цилиндрической поверхности, заштрихованнойна рис.41, может быть найдено как:Ez   An E0nn0(14)Комплексный коэффициент A определяется из решения задачи возбужденияцилиндрического волновода вибраторами с заданным АФР, т.е.

через решениенеоднородного волнового уравнения.Рис.41.Излучающая цилиндрическая поверхность S с цилиндрической системойкоординат z,,.65Рис.42.Расположение областей в радиальном волноводе, для которых полеопределяется соотношениями (2)-область I, (1)-область II, область III - свободноепространство.В литературе изложены методы решения подобных задач и это решениесвязано с математическими трудностями, поскольку нужно решать совместнуюсистему уравнений с большим числом возбуждающих элементов. Представляетзначительный интерес попытаться использовать полученные ранее фазовыераспределения ККАР для возбуждения дисковой антенны и оценить возможностьнахождения приближенных решений для излучения и возбуждения ДА.

Вдисковой антенне рассматривается равноамплитудное возбуждение. Расстояниемежду излучателями достигает длины волны и более, поэтому, в силузначительных расстояний, взаимодействие ослаблено.Проведем анализ особенностей распространения волн в РВ. Для простейшейволны E00 дисперсия отсутствует и она распространяется со скоростью света. Длявсех остальных волн дисперсия проявляется только при малых R':R (2n  1)8(15)При дальнейшем увеличении радиуса асимптотическое выражение функцииХанкеля имеет вид:2n1 ik R 42(1)H n kR ekR(16)66В области R> R'отсутствует дисперсия, что позволяет использовать ранеенайденноевозбуждениеприопределенныхограничениях.Источник,расположенный в точке r0, возбуждающий n-е гармоники, должен бытьрасположен на расстоянии R> R', что следует из анализа асимптотическихзначений.

Так как мы возбуждаем гармоники соответствующим кольцом,расстояние между излучателями которого порядка длины волны, то расположениекольца удовлетворяет условию (15). Численный анализ фазовой ошибкисозданной в раскрыве антенны с учетом поведения фазовой характеристикипоказывает, что фазовая ошибка не превышает .В области 1 на рис.42 поле описывается функциями Бесселя, отражающимирежим стоячих волн от излучателя к центру системы и для возбуждения n-йгармоники кольцо излучателей должно располагаться на расстоянии r0, котороесоответствует первому максимуму функции Бесселя.Такимобразом,формированиилучадлявсистемынаправленииидентичныхлуча0,0,излучателейфазовоевРВприраспределениеопределяется по формуле (10).Входные сопротивления возбуждающих элементов типа несимметричныхвибраторов можно приближенно определить методом наведенных ЭДС, как вККАР, при этом влияние верхней стенки РВ может быть учтено методомзеркальных изображений для несимметричного вибратора над экраном. Наличиепервой области, в которой устанавливается стоячая волна в первом приближенииоказывает влияние на реактивность входного сопротивления элементов в кольце иявляется фактором, ухудшающим широкополосность.Поле излучения заштрихованной поверхности на рис.31 определяется АФР иотносительными размерами излучающей апертуры (a/ и h/).

Характеристики

Список файлов диссертации