Диссертация (785868), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Если считать, чтовнутренняя задача решена и найдена касательная составляющая поля наповерхности - Es , то поле излучения, в соответствии с общей теорией,определяется через векторные потенциалы Aе и A :671E   j Ae graddivAe  rot Aj1H   j A graddivA  rot AejВекторные потенциалы E и H поля антенны определяются известнымисоотношениями:e e e jkr1A Jds4 Sr  e jkr1A Jds4 SrЗдесь электрический и магнитный потенциал определяется через известныесоотношения по H s и Es .Для нахождения H s и Es на цилиндрической поверхности нужно решитьвнутреннюю электродинамическую задачу о возбуждении радиального волноводасистемойNизлучателей,котораяпредставляетдостаточносложнуюсамостоятельную задачу. В рамках настоящей работы найдем приближенноерешение задачи о возбуждении, исходя из известных решений для системыизлучателей в ККАР.

Для этого считаем, что известна ДН дисковой антенны.Можно найти распределение поля на S рис.34. Поле в радиальном волноводе,представляющее набор азимутальных гармоник, возбуждаемых соответствующимкольцом решетки. Волну E00 излучает центральный излучатель решетки, волну E02излучает второе кольцо, и т.д. Коэффициент распространения  в радиальномволноводе изменяется с изменением радиуса [82],  кр в таком волноводе, какизвестно, отсутствует. Для волны типа E00, =k.

Для волны типа E0n, при R k. Отличие фазовой скорости для n-й гармоники можно оценить. Это отличие даетдополнительные фазовые сдвиги в дисковой антенне относительно ККАР.68Из теории выпуклых сканирующих антенн [28] известна ДН цилиндрическойантенны с непрерывным излучающим раскрывом, аналогичным заштрихованнойобласти на рис.41. На рис.43 сплошной линией показана ДН цилиндрическойантенны из [28] с размерами излучающего раскрыва ka=30, при оптимальномвозбуждении, соответствующем максимальному коэффициенту направленногодействия.

На том же рисунке представлена ДН ККАР с числом излучателейN=65,94,108,необходимымдлявозбуждениядисковойантеннысоответствующего размера. Для дискретной системы излучателей высокий УБЛполучается из-за дискретизации минимальным числом элементов и фазовыхошибок. Следует отметить хорошее совпадение основного и первых боковыхлепестков. Отличие ДН в заднем полупространстве объясняется тем, что поле натеневой поверхности в работе [28] равно нулю, а при исследовании ККАР Es0.Различие дальних боковых лепестков непрерывного излучающего раскрава идискретной системы объясняется различным амплитудным распределениемрассматриваемых антенн для простоты расчета все излучатели возбуждалисьравноамплитудно.а)69б)в)Рис.43.Диаграммы направленности цилиндрической антенны и ККАР.70Одним из возможных способов возбуждения ККАР и ДА является РВ,показанный на рис.44а, а в случае использования выпуклой поверхности КСВ - нарис.

44б. Использование РВ в качестве системы возбуждения дает рядпреимуществ, которые относятся как к пространственному, так и к фидерномуспособу возбуждения. Это способы возбуждения имеют также и недостатки. Припространственном возбуждении известен малый коэффициент использованияповерхности (КИП) за счет переливания излучателя. При фидерном способевозбуждения можно реализовать любое распределение (включая равномерное дляподнятия КИП). При использовании РВ между дисками распространяется волнатипа ТЕМ как в свободном пространстве. В решетке можно получитьнеобходимое амплитудное и фазовое распределение. К недостаткам такогоспособа возбуждения можно отнести невозможность равенства длин питающихлиний для каждого излучателя.1- излучатель; 2- фазовращатель; 3- элемент связи; 4- возбудитель;Рис.44.Возбуждение ККАР с помощью РВ и КСВ.Концентрический сферический волновод получается при деформациирадиального волновода, а также в случае необходимости формирования ДН свыпуклой ДА.

Теория РВ хорошо известна, а свойства КСВ с использованиемосновной волны типа Т в литературе не рассмотрены. Для практического71использования КСВ необходимо выяснить возможность существования волнытипа Т в нем и наличие дисперсии. Эти вопросы рассмотрены ниже.Таким образом, показана возможность создания широкополосных антенн сдвумерным сканированием с применением ранее исследованных ККАР, вкоторыхудаетсяобеспечитьвозбуждениеиуправлениеприпечатномисполнении. Показана антенная решетка с минимальным числом элементов идвумерным сканированием. Проведен предварительный приближенный анализ,который показывает возможность использования фазового распределениявозбудителей, найденного в теории ККАР. Приведенные результаты расчеташирины луча, первых боковых лепестков и КНД полученные для ККАР идисковой антенны, показывают возможность использования приближеннойоценки характеристик ККАР для ДА.Принцип работы ККАР может быть использован и для других формизлучающих раскрывов например, эллиптической или прямоугольной рис.45.Рис.45.

Структура размещения элементов в эллиптическом (а) и прямоугольномантенном полотне (б).72Такие формы могут рассматриваться в случае конформного размещенияэлементов. Однако они имеют более высокий УБЛ и изменяющиеся присканировании характеристики направленности. На рис.46a приведены схемыразмещения элементов в круговой и эллиптической АР и их ДН.

На рис.46 бсплошной линией показана ДН ККАР, а пунктирной линией – ДН эллиптическойАР.Рис.46. Схемы размещения элементов в круговой и эллиптической АР и их ДН73Изменение характеристик направленности при сканировании в плоскостиразмещения элементов приведено на рис.47.Рис.47.ДН ККАР (а) и ДН эллиптической АР (б) при отклонении луча вазимутальной плоскости.74Построение таких решеток в активном варианте на основе современныхППМ упрощает распределительную систему, а применение цифровых методовдиаграммообразования позволяет полостью ее исключить из антенной системы.На рис.48 показаны схемы размещения элементов цифровой АФАР на ППМ.Приширокоугольномсканированиивазимутальнойплоскостииширокополосной или диапазонной работе целесообразно использовать вариантрис.48а, т.к.

в нем отсутствуют изменения АФР при отклонении луча. Приотклонении луча в азимутальной плоскости на угол, превышающий 90°, ввариантерис.48б могут возникнуть дифракционные максимумы, если шагизлучателей станет больше длины волны. Структура ККАР позволяет размещатьэлементы с шагом, существенно превышающим длину волны. Одним изнедостатков ККАР является высокий УБЛ. В настоящее время существуетмножество способов снижения УБЛ. Наиболее часто применяются разреженные ккраям многокольцевые структуры.

На рис.38а приведена разреженная к краямструктура размещения элементов.а)б)Рис.48. Схема размещения элементов в круглой (а) и квадратной антеннойрешетке с гексагональной структурой (б).75В отличие от ранее рассмотренных конформных АФАР, в такой схемепостроения отсутствует распределительнаядиапазоне.Возбуждениеэлементовсистема, работающаярешетки,формированиев СВЧсуммарно-разностных характеристик для разных диапазонов волн осуществляется спомощью цифровой диагараммообразующей системы рис.49.Рис.49.Схема цифрового диаграммообразованияАктивная фазированная антенная решетка содержит экран 1, размещенные надэкраном излучатели 2, каждый из излучателей 2 соединен с ППМ 3, в которыйвходят: цикулятор 4, усилитель 8 передающего канала, малошумящий усилитель9приемногоканала,преобразовательчастотыпередающегоканала7,преобразователь частоты приемного канала 10, гетеродин 13, блок цифровойобработки 6 передающего канала, блок цифровой обработки 11 приемного канала,генератор – 5, приемник – 12, блок синхронизации – 14.Каждый изприемо-передающих модулей 3 выполнен с возможностьюцифровой обработки сигнала.

В общем виде цифровое диаграммообразованиеосуществляется методом цифрового анализа (в АЦП и синтеза в ЦАП) сигнала.Блок преобразователя частоты 7 осуществляет перенос информационнойогибающей, синтезированной блоком ЦАП, на несущую радиочастоту. Процесспреобразования частоты в рассмотренных выше системах происходит дважды.После преобразователя частоты сигнал усиливается и передаётся в излучатель.76Принятый сигнал поступает в приёмный канал, где также усиливаетсямалошумящим усилителем 9, и проходит обратную процедуру в блоке 10.

Послечего уже низкочастотный сигнал попадает в блок 11. Передающий и приёмныйканалы могут быть развязаны либо антенным переключателем или циркулятором4.Такая антенная решетка позволяет осуществлять двумерное широкоугольноесканирование. Однако, в ряде случаев, требуется широкоугольное сканирование водной плоскости, а также обзор пространства в заданном секторе углов в другойплоскости. Обычно этот сектор составляет примерно 30-40̊, относительноплоскости размещения элементов.

Одной из важнейших задач является выборизлучающего элемента, который бы обеспечивал широкоугольное двумерноесканирование.2.6.Характеристики направленности и формирование моноимпульсныххарактеристик при круговом обзореПростейшийспособреализацииширокоугольногосканированиявазимутальной плоскости (плоскость размещения элементов) с незначительнымизменением пеленгационной характеристики – применение антенной решетки скруглым или квадратным раскрывом. Для увеличения шага излучателейцелесообразно их размещать в узлах гексагональной структуры.Диаграмма направленности квадратной решетки может быть записана в виде:jk  x p, q sin  cos 1 y p, q sin  sin  M npF  ,     A p, q e p  1q  1(17)При спадающем к краям амплитудном распределении вида косинус квадратна пьедестале 0,2 получается требуемый УБЛ=-30 дБ.После определения требуемого амплитудного распределения целесообразноучесть амплитудные и фазовые ошибки.

Характеристики

Список файлов диссертации