Файл: Амитей Н. Теория и анализ фазированных антенных решеток.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 269
Скачиваний: 2
254 |
Глава 6 |
обладают распределением поля, характерным для поверхностной волны. Они затухают по экспоненциальному закону при возраста нии расстояния по оси z, но переносят энергию вдоль поверхности антенной решетки. Как будет видно из примеров, приведенных ниже, такие волны оказывают сильное влияние на характеристики излучения ФАР. Необходимо подчеркнуть, что с помощью одной волны типа поверхностной волны нельзя удовлетворить гранич ные условия. Поэтому для получения корректного решения необ ходимо учитывать все типы волн.
6.1. Антенная решетка с диэлектрическим покрытием, сканирующая в Н-плоскостп
Нй рнс. 6.12 и рис. 6.13 приведены зависимости коэффициента отражения от угла сканирования в ^-плоскости для антенной решетки из параллельных пластин с однослойным диэлектриче ским покрытием. Заметим, что расстояние между элементами здесь
200
Го
150
100 |
|
|
|
Ае/2 |
|
50 |
|
•pH |
|
||
|
|
J |
|||
— |
|
|
|
||
|
|
. |
|
||
о |
|
гV// / |
|
||
— |
-Л ГУ-' |
Л£/в |
|||
-50 |
|||||
— |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
Рис. 6.12. Зависимость ко эффициента отражения от угла сканирования для ре шетки из параллельных пластин с однослойным ди электрическим покрытием
(а/ Х = ЫХ = 0,5714, е = =3,0625).
- 100 |
20 |
40 |
00 |
/ |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
О |
80 |
Ч>х ,граО
Влияние диэлектриков на свойства антенных решеток |
255 |
выражено в единицах длины волны X, так как величина ЫХ опре деляет число лучей при данном угле сканирования. Расстоя ние между элементами выбрано так, что в интервале 0^л|)$С ^ 2л (1 — ЫХ) = 154° существует только один луч, а в интервале 2л (1 — Ь/Х) ^ ар ^ 180° существует два луча. Электрическое расстояние между элементами в диэлектрической среде равно ЫХг — 1. Поэтому при всех углах сканирования внутри диэлект рического слоя существует два луча. Таким образом, в интервале 0 < ар < 2л (1 — ЫХ) в рассматриваемой антенной решетке суще ствует тип волны, подобный поверхностной волне, распространяю щийся внутри диэлектрика, но затухающий в свободном прост ранстве. Как видно из приведенных графиков, влияние этого типа волны проявляется в резонансных пиках на кривой модуля коэффициента отражения при некоторых углах сканирования.
На основе этих результатов и других расчетных данных, полученных для различных длин волны, можно сделать следую щие выводы:
1.Если толщина диэлектрического покрытия мала, резонанс ные пики на кривой коэффициента отражения отсутствуют.
Рис. 6.13. Зависимость ко эффициента отражения от угла .сканирования в Н - пло скости для решетки из па раллельных пластин с одно слойным диэлектрическим покрытием ( а/Х = Ь/Х =
= 0,5714, е = 3,0625).
О 20 00 ВО ВО 100 120 НО 160 180
у х , г р а д
256 |
Глава 6 |
2. Если толщина диэлектрического покрытия превышает неко торое критическое значение, обычно близкое к ЗЛ-е/16, то вблизи значения управляющей фазы ф = 2я (1 — Ь/Х) появляется разонаисный пик, которому обычно предшест вует провал.
3.При увеличении толщины диэлектрического покрытия резо нансный пик становится более острым п смещается в на правлении нормали решетки.
4.Дальнейшее увеличение толщины покрытия приводит к появ лению двух и более пиков на кривой коэффициента отра жения.
5.Все пики практически имеют максимальное значение, рав ное 1.
Величина диэлектрической постоянной при получении резуль татов, приведенных на рис. 6.12 и 6.13, выбиралась из условия s = (Х/Ь)2, что обеспечивает существование одной пространствен ной гармоники типа поверхностной волны в диапазоне 0 ^ ф ^ ^ 2л (1 — Ь/Х). При этом ппк на кривой коэффициента отражения может появиться при любом угле сканирования в пределах ука занного диапазона. Если использовать диэлектрик с меньшим значением диэлектрической постоянной, то происходит значитель ное уменьшение интервала, в пределах которого может появиться резонансный ппк на кривой коэффициента отражения. Однако большее значение диэлектрической постоянной приводит к появле нию нескольких пространственных гармоник типа поверхност ной волны н к возникновению резонансов поверхностной волны при толщине диэлектрического покрытия, даже меньшей чем
3V16.
Модуль коэффициента отражения в момент резонанса действи тельно принимает значение, равное 1. Из результатов численно го решения видно, что отличпе модуля коэффициента отражения прп резонансе от 1 имеет порядок 10-в. Эти данные подтверждают ся поведением коэффициента передачи (рис. 6.14). Плоскостью отсчета для коэффициентов передачи служила поверхность раздела воздух — диэлектрик при z = t'. Напомним, что величина Т-г имеет смысл коэффициента передачи только в диапазоне 2я(1—
— ЫХ)^. ф |
я. |
Кривая модуля коэффициента передачи имеет узкий провал |
|
при ф = 70°, |
которому соответствует резонансное значение коэф |
фициента отражения, равное 1. Отметим, что фаза коэффициента передачи при этом угле сканирования претерпевает скачок на 180°, так как действительная и мнимая части коэффициента передачи, проходя при резонансе через нуль, изменяют знаки на противо положные. Это указывает на то, что модуль коэффициента переда чи проходит через нуль, а не приближается к нулю, откуда сле дует, что модуль коэффициента отражения при резонансе прини-
Влияние диэлектриков на свойства антенных решеток |
257 |
мает значение, равное 1. Этот факт играет большую роль при улучшении согласования антенной решетки.
Кроме того, как установлено в гл. 5, возможность существо вания поверхностной волны в эквивалентной ребристой структуре
4>х> гРад
Рис. 6.14. |
Зависимость |
коэффициента |
передачи |
Т 0 (—) |
и |
i |
|
(-------- ) от |
угла |
сканирования в Я-плоскости |
(а/% = |
ЪГК = |
|
||
|
= |
0,5714, |
в = 3,0625, t |
= 0,5А,е). |
|
|
|
тесно связана с выполнением условия | В. | = 1. Поскольку реше ние задачи об антенной решетке, находящейся в режиме резонан са, можно преобразовать в решение о распространении поверхност ной волны в эквивалентной ребристой структуре, этот резонансный режим иногда называют вынужденным резонансом поверхност ной волны. Так как этот-режим связан с апертурой антенной решетки, он также называется вынужденным апертурным резо нансом.
17-0168
о го АО во во wo 120 но wo wo
( f l y , град
Рпс. 6.15. Зависимость коэффициента отражения от угла ска нирования в -Е-плоскостп для решетки из параллельных пластин с диэлектрическим покрытием (йГК = 0,5714, c / d — 0,85, е = = 3,0625).
О |
2 0 |
4 0 |
ВО 8 0 |
1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 |
фу, град
Рпс. 6.16. Зависимость коэффициента отражения от угла ска нирования в ^-плоскости для решетки из параллельных пла стин с диэлектрическим покрытием (а / Х = 0,5714; c / d = 0,85,
s = 3,0625).
260 Глава 6
Напомним, что коэффициент Т0 пропорционален диаграмме направленности одного возбужденного элемента решетки в секторе сканирования 0 ^ 0 ^ sin-1 (Х/2Ь), определенной при условии, что все остальные элементы в решетке нагружены на согласован ные сопротивления. Диаграмма направленности элемента в осталь ной части сектора сканирования sin-1 (Х/2Ь) < 0 < я/2 может быть получена из кривой коэффициента передачи Г_1 в диапазоне управляющих фаз 2л (1 — b/Х) ^ ф ^ я.
Острые пики на кривой коэффициента отражения соответст вуют глубоким провалам в диаграмме направленности элемента,
инаоборот.
6.2.Антенная решетка с диэлектрическим покрытием, сканирующая в Е-плоскостн
При сканировании в Е-плоскостн решетка из параллельных пластин возбуждается волной типа ТЕМ, электрическое поле кото рой поляризовано нормально к поверхности пластин. На рис. 6.15 и рис. 6.16 показано поведение модулей и фаз коэффициентов отражения при сканировании в Е-плоскости. При е = 3,0625 пространственная гармоника типа поверхностной волны присут ствует в широком интервале углов сканирования. Относительно толстые стенки волноводов использованы для того, чтобы в волно водах поддерживалась только основная волна типа ТЕМ, а рас стояние между элементами превышало XI2.
Из приведенных данных видно, что в отсутствие диэлектри ческого покрытия зависимости коэффициента отражения от угла сканирования являются относительно плоскими в широком интер вале углов, за исключением окрестностей точки возникновения дифракционного луча (при ф = 154°). Такие характеристики резко отличаются от характеристик для случая сканирования в //-плоскости (рис. 6.12). Этот пик, одиако, ие достигает значе ния 1. Прп толщине диэлектрического покрытия XJ8 наблюдает ся увеличение уровня отражения почти во всем интервале углов сканирования. В частности, пик, наблюдаемый в окрестности точ ки возникновения дифракционного луча, достигает 1.
Из не приведенных здесь результатов для более тонких покры тий следуют те же особенности, за исключением того, что модуль коэффициента отражения в выбросе необязательно равен 1. Угло вое положение резонансного пика в случае тонких покрытий сохраняется постоянным. Однако если толщина покрытия превы шает критическое значение XJA, то пик начинает смещаться в на правлении нормали. Смещение пика к нормали сопровождается его сужением. При дальнейшем увеличении толщины диэлектри ческого покрытия возникает иесколько резонансных пиков.