Файл: Амитей Н. Теория и анализ фазированных антенных решеток.pdf

Оказалось, что при сканировании в //"-плоскости связь с соседним элементом примерно на порядок более слабая, чем при сканиро­

эти кривые в действительности пропорциональны диаграмме направленности одного возбужденного элемента в антенной решет­ ке. Плоский характер кривой для фазы коэффициента передачи Т свидетельствует о том, что фазовый центр одного возбужденного элемента в антенной решетке расположен в плоскости раскрыва.

Так как эффективное значение длины волны в среде, заполнен­ ной диэлектриком ( е > 1 ) , меньше длины волны в свободном пространстве, то можно уменьшить расстояние между элементамп. Например, при сканировании в //-плоскости волноводы без диэлектрического заполнения должны иметь ширину, превышаю­ щую половину длины волны в свободном пространстве, чтобы обеспечивались условия распрострапепия для основного типа волны. Такие расстояния между элементами ограничивают вслед­ ствие возникновения дифракционного лепестка полезные углы сканирования интервалом меньшим 90°. При заполнении волно­ водов диэлектриком их ширину можно уменьшать в соответствии с выбранной диэлектрической постоянной, однако, чем меньше размеры элементов, тем большее их число требуется для запол­ нения раскрыва антенной решетки заданных размеров.

Результаты расчетов для решетки из волноводов, заполненных диэлектриком, при расстояниях между элементами b / Х = 0,4 приведены на рис. 6.5. Диэлектрическая постоянная выбиралась так, чтобы критическая длина волны в волноводе значительно

Характер поведения коэффициентов взаимной связи сохраняется неизменным при различных расстояниях между элементами и раз­ ной поляризации излучения. Аналогичные результаты можно полу­

волноводы диэлектриком с соответствующим значением диэле­ ктрической проницаемости.

Из кривых модуля коэффициента отражения на рис. 6.6, вид­ но, что если управляющая фаза превышает некоторое критическое значение (~100°), то возникает полное отражение. Это является следствием того, что расстояние между элементами d меньше, чем Л,/[4 — (5/Я,)2]1/2, и в определенном диапазоне управляющих фаз излучение отсутствует. Как и в случае решетки из волноводов с бесконечно тонкими стенками без диэлектриков [8, 9], кривые модуля и фазы R имеют бесконечную крутизну при критическом угле сканирования. Следовательно, можно ожидать такого же асимптотического поведения коэффициентов взаимной связи (типа exp (—jkr/ra/2)) в антенных решетках из волноводов со стенками конечной толщины и диэлектрическим заполнением (/• — расстоя­ ние между возбуждаемым и рассматриваемым элементами).

Интересной особенностью кривых на рис. 6.6 являются резо­ нансный пик на кривой модуля коэффициента отражения и мак­ симальная кривизна фазовой характеристики, наблюдаемые при одном и том же значении угла сканирования. Острота пика воз­ растает непрерывно с ростом диэлектрической проницаемости.

ные результаты характеризуют решетку из параллельных пластин при сканировании в /^-плоскости. Использование диафрагм при­ водит к более плоским кривым модуля и фазы коэффициента отра­ жения при некотором увеличении отражения. Увеличение отра­ жения, однако, можно скомпенсировать при согласовании в обла­ сти плоского участка характеристики R (0).

Решения интегральных уравнений (1) и (19) являются исчер­ пывающими решениями граничной электродинамической задачи. При этом определяются поля в раскрыве и параметры рассеяния антенной решетки. Представляет интерес анализ особенностей распределений поля в раскрыве антенной решетки. Зависимость распределения поля от управляющей фазы фу = kd sin 0 сильнее

выражена в случае заполнения волноводов диэлектриком. В част­ ности, интересно проследить за изменением распределения поля при сканировании в квази-Е-плоскости вблизи критического зна­ чения \\i,j = kd sin 0 = (яd/к) [(4 — k/b)2]1/2, соответствующего

Рис. 6.7. Зависимость коэффициента отражения от угла скани­ рования в ^-плоскости для решетки пз волноводов, заполненных диэлектриком и с диафрагмами в раскрывах (а = Ъ = оо, d =

= 0,4(Ж, h = ( Ш = 0,240\и 7»= 0,937d = 0.3748Х, с = 0,937d).

Вертикальной стрелкой отмечено значение 1|)ж, при котором возникает луч.

скользящему положению луча. На .рис. 6.8 приведены распределе­ ния электрического поля для критического значения управляю­ щей фазы, равного 99,57°. Так как уравнение, определяющее соб­ ственные числа для [Еу (0) + Е у (—0)], имеет ядро эрмитова1)

х) Так как при условии | k b sin 0 | > ( nd/X ) [4 — ( k / b ) 2]112 антенная решетка не излучает и ведет себя как консервативная система (резонатор), то легко показать, что ядро в уравнении для собственных чисел является эрмитовым. Известно, что собственные функции (в данном случае решение для поля), соответствующие такому ядру, имеют постоянную фазу.

типа при фц = kd sin 0 > 99,57°, фаза функции [Еу (0) -\-Еу{—0)]

вэтой области должна быть постоянной. Из изменений фазы поля

вприближенном решении при углах, превышающих критический, можно получить некоторую оценку для точности этого решения. Для большинства фазовых углов ошибка оказывается незначи­ тельной. Однако, очевидно, что имеются ошибки в фазовой харак­ теристике при углах сканирования, близких к критическому углу,

10у [ Д 57 М Л

Рис. 6.8. Распределение тангенциального электрического поля Е у (у) в плоскости раскрыва при сканировании в квазп-£-плос-

и для’значений у, близких к краям раскрыва волновода, при кото­ рых точное решение для поля Е у имеет особенности. Но поскольку коэффициент отражения R является величиной, усредняемой по переменной у, эти ошибки не оказывают существенного влияния на значения R, определяемые численным методом решения.