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

моник типа поверхностной волны. Наличие диэлектрических вста­ вок может также приводить к выполнению условия распростра­ нения в области волновода, заполненной диэлектриком, для неко­ торых высших типов воли, возбуждаемых в раскрыве антенной решеткп п исчезающих в области, не заполненной диэлектриком. Такой тип волны обладает распределением поля (в направлении осп z), аналогичным полю пространственных гармоник, вызываю­ щих апертурные резонансы. Поэтому можно предвидеть, что

Рис. 6.18. Зависимость коэффициента отражения от угла ска­ нирования в ^-плоскости для решетки из волноводов с диэлек­ трическими вставками (d / k = 0,5714, c / d = 0,85 е = 3).

апертурные резонансы возникают и в антенной решетке с диэлект­ рическими вставками внутри волноводов.

Из числовых данных о зависимости коэффициента отражения от угла сканирования, приведенных на рис. 6.17 и 6.18, видно, что наличие диэлектрических вставок в волноводах приводит к резонансным пикам на кривых коэффициента отражения. Однако влияние диэлектрических вставок на коэффициент отражения отличается от влияния диэлектрического покрытия в раскрыве антенной решетки. Если толщина покрытия превышает некоторое критическое значение, то обязательно возникают резонансные пики на кривой коэффициента отражения. При использовании диэлектрических вставок в волноводах обнаружено, что резонансы возникают только для некоторых интервалов толщины вставок t'. Другими словами, при использовании диэлектрических вставок закономерность появления резонансов в зависимости от t' имеет вид характеристики с чередованием областей существования и отсутствия резонансных явлений. Зависимости коэффициента отражения от угла сканирования для антенной решетки с диэлект­ рическими вставками имеют обычно более плоский характер, чем соответствующие характеристики для антенной решетки с диэлект­

6.4. Экспериментальные исследования вынужденных резонансов поверхностной волны

Вынужденные резонансы поверхностной волны исследовались экспериментально в работе [11] для случая бесконечной плоской антенной решетки из тонких щелей, возбуждаемых прямоугольными волноводами (рис. 6.19, в). В качестве материала диэлектриче­ ского покрытия использовался рексолит; возбуждающие волно­ воды были полностью заполнены рексолитом. Эксперименты осу­ ществлялись на частотах дециметрового диапазона волн, в кото­ ром диэлектрическая постоянная рексолита равна ~2,55. Элемен­ ты решетки размещались в узлах квадратной сетки; расстояние между элементами составляло 113,3 мм. Отклонение луча в Н-пло­ скости моделировалось с помощью волноводной модели (рис. 6.19, б) н производилось измерение коэффициента отражения в функции частоты [12].

На рис. 6.20 приведены экспериментальные н расчетные дан­ ные для рассматриваемой решетки. При расчетах использовалось вариационное выражение для входной проводимости, записанное через электрическое поле в раскрыве, которое по предположению состоит только из поля падающей волны. Как следует из гл. 3, такой подход эквивалентен решению интегрального уравнения при

Рис. 6.21. Зависимость коэффициента отражения от угла ска­

ки близко к нулю. Эквивалентное сопротивление в направлении от раскрыва к свободному пространству можно приближенно представить сопротивлением для основного типа волны. [В рас^ сматриваемом случае это будет пространственная гармоника

синдексом т = —1. Пространственная гармоника с индексом

т— 0 отсутствует при резонансе.] Эквивалентное сопротивление

для волны с индексом т = —1 из соотношения (13а) равно

Приравнивая это выражение нулю и подставляя в него соответ­ ствующие значения волновых сопротивлений, находим, что усло­ вием вынужденного резонанса поверхностной волны является соотношение

еГ_1 = (22)

Заметим, что это соотношение идентично характеристическому уравнению, описывающему распространение поверхностной волны в диэлектрическом слое над проводящим экраном.

Обнаружено, что значение угла сканирования, при котором возникает резонансный пик на кривой коэффициента отражения и которое определяется из уравнения (22), хорошо согласуется с результатами, полученными при решении соответствующего интегрального уравнения, если размеры излучающего раскрыва не превышают 10% размера периодической ячейки. При увеличе­ нии размеров раскрыва точность результатов, получаемых из урав­ нения (22), постепенно ухудшается, так как при этом значение эквивалентного сопротивления со стороны волновода перестает быть пренебрежимо малым. Влияние размеров раскрыва на угло­ вое положение резонансных пиков при сканировании в Е-плоско- сти иллюстрируется на рис. 6.21. Из рисунка видно, что угол сканирования, соответствующий резонансному пику, сдвигается в сторону от нормали при увеличении размера раскрыва (c/d). Аналогичный сдвиг резонансного пика при изменении размеров излучающего раскрыва наблюдается и при сканировании в Я-пло- скостп. Более того, заполнение волноводов диэлектриком так­ же приводит к подобному эффекту. Очевидно, что рассматриваемое резонансное явление в сильной степени зависит от эквивалент­ ного сопротивления раскрыва, которое является функцией пара­ метров антенной решетки.

7.2. Антенный элемент с большим раскрывом

Если размеры раскрыва волновода сравнимы с размерами периодической ячейки, рассмотренный выше метод пригоден толь­ ко в качестве грубой оценки при определении условий резонанса поверхностной волны. В работе [14] описан другой метод опреде­ ления условий резонанса поверхностной волны. Он основан на использовании матрицы рассеяния и учете всех параметров рас­ сеяния раскрыва антенной решетки. Для применения этого метода требуется решение вспомогательной граничной задачи. Однако с его помощью можно определить резонансные условия для всех интервалов углов сканирования, любой толщины вставок и диэлек­ трического покрытия, если заданы параметры антенной решетки (расстояние между элементами, ширина волноводов и диэлектри­ ческая постоянная). Данный метод оказывается удобным и эко-

с диэлектрическими вставками (известно, что в этих решетках вынужденные апертурные резонансы возникают более редко, чем в антенных решетках с диэлектрическим покрытием, и более трудно нх выявить).

В данном методе две поверхности раздела (раскрыв антенной решетки п вторая граница между воздухом н диэлектриком) опи­ сываются независимо. Затем определяется взаимодействие раз­

общенная» подчеркивает тот факт, что один из волноводов имеет стенкн, определенные математически периодическими грапичными условнямп.

Рассматриваемое обобщенное волноводное соединение содержит две последовательные неоднородности. При определении парамет­ ров этого соедпненпя в общем случае необходимо учитывать взаи­ модействие между высшпмп тппамн волн, в особенности если две неоднородности расположены близко одна от другой. Однако еслп расстояние между неоднородностями достаточно велико, можно рассматривать взаимодействие только между распростра­ няющимися волнами, так как нераспространяющнеся волны обыч­ но быстро затухают по мере увеличения расстояния от плоскости их возбуждения. В настоящее время этим методом можно анали­ зировать даже антенные решетки с достаточно тонкими диэлек­ трическими вставками и покрытиями.

Антенная решетка с расстоянием между элементами, находя­