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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 233

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

418

 

 

 

 

 

 

 

Глава

S

25.

Finite Arrays, «Radio Science», March 1969, v. 4, p. 245—253.

T i t c h m a r s h

E .

C . The Theory of Functions, Oxford University Press, Lon­

26.

don, 1939, p. 426-427.

Characteristics of Dielectric Covered and Loaded

A m i t a y

N . ,

G a l i n d o

V .

 

Circular

 

Waveguide

Phased Arrays, Proc. International Science Radio

27.

Union,

Boston, Mass.,

1968.

of Circular Waveguide Phased Arrays,

A m i t a y N., G a l i n d o V . The Analysis

2S.

«Bell System Tech. J.», 1968, v. 47,

No. 9, p. 1903—1931.

M a r c u v i t z

N .

( ed . ) .

Waveguide I-Iandbook, MIT Radiation Laboratory

29.

Series, v. 10, McGraw-LIill, New York. 1951, Section 4.6—4.9.

W u

С .

P .

Analysis of Finite Parallel-Plate Waveguide Arrays, «IEEE

30.

Trans. Antennas and Propagation», 1970, v. 18, p. 328—334.

D y b a l R .

 

B . ,

R u d d u c k

R . C . , T s a i L .

L . Mutual Coupling Between ТЕМ and

 

TE,0

Parallel-Plate

Waveguide Apertures. «IEEE Trans. Antennas and

31.

Propagation», 1966, v. 14, p. 574—580.

M i k u t e i t

 

S .

Mutual Coupling in a Three-Element Parallel-Plate Waveguide

 

Array by Wedge Diffraction and Surface Integration Technique, Tech.

 

Rept. 2485-1, Electro-Science Laboratory, Ohio State University, Colum­

32.

bus,

1967.

 

F e sh b ac h I I . Methods of Theoretical Physics, Part II, McGraw-

M o r s e P .

M . ,

33.

Hill,

New

York, 1953,

p. 1323.

 

T i t c h m a r s h

E . C . The

Theory of Functions, 2nd ed., Oxford University

34.

Press, London, 1939,

Paragraphs 1.7, 1.8.

A m i t a y

N . ,

G a l i n d o

F. Application of a New Method for Approximate

 

Solutions and Error Estimates to Waveguide Discontinuity and Phased

35.

Array Problems, «Radio Science», 196S, v. 3, No. 8, p. 830—844.

G a l i n d o

V . ,

W u С . P .

Dielectric Loaded and Covered Rectangular Wave­

 

guide Phased Arrays,

«Bell System Tech. J.», 196S, v. 47, No. 1, p. 93—

36.

116.

 

 

 

W . I I . Properties of Phased Arrays, «Proc. IRE», 1960, v. 4S,

Fora A u l o c k

37.

No. 10,

p.

1715—1727.

 

 

IF;/ С . P .

Determination of Resonance Condition in Dielectric-Sheathed

 

or Plug-Loaded Phased Arrays, «IEEE Trans. Antennas and Propagation»,

38.

196S, v. 16, No. 6, p. 753—755.

 

W u

С .

P .

Resonances in the Radiation Impedances of a Parallel-Plate

 

Waveguide with Dielectric Plug, «Bell System Tech. J.», 1969, v. 48, No. 9.

39.W u С . P . Characteristics of the Coupling Between Parallel-Plate Wavegui­

 

des with and without Dielectric Plugs, «IEEE Trans. Antennas and Propa­

40.

gation», 1970, v. 18, p. 180—194.

C o l l i n

R .

E .

Field Theory of Guided Waves, McGraw-IIill, New York,

41.

1960, Appendix A. 6.

H a r r i n g t o n

R .

F . Time Llarmonics Electromagnetic Fields, McGraw-LIill,

42.

New York, 1968.

W u С.

P .

Integral Equation Solutions for the Radiation from a Waveguide

 

Through a

Dielectric Slab, «IEEE Trans. Antennas and Propagation»,

43.

v. AP-17,

No.

6.

T a i С .

T . The Effect of a Grounded Slab on the Radiation from a Line Sour­

44.

ce, «J. Appl. Phys.», 1951, v. 22, pp. 405—414.

B a r o n e

S .

Leaky Wave Contributions to the Field of a Line Source above

 

a Dielectric Slab, Microwave Research Institute, Polytechnic Institute of

45.

Brooklyn, Sci. Rept. PIBMRI-462, 1956.

C o l l i n

R .

E . ,

Field Theory of Guided Waves, McGraw-LIill, New York,

 

1960,

p. 485-506.

9. Методы улучшения

согласования фазированных

антенных решеток

1. ВВЕДЕНИЕ

Рассогласование между элементами ФАР и источниками их воз­ буждения не только снижает усиление антенны и к. и. д. системы, по в случае мощных систем может стать причиной применения спе­ циальных средств охлаждения. Ипогда оно даже может влиять па стабильность частоты генераторов. Следовательно, необходимо конструировать решетки, имеющие хорошее согласование в задан­ ном секторе углов сканирования. Это требование оказывается особенно трудно выполнить в условиях, когда возможности выбора конструкции элементов решетки ограничены предъявляемыми к ней требованиями механического и электрического характера,

атакже условиями эксплуатации решетки.

Видеальной решетке элементы должны быть абсолютно согла­ сованы с источниками возбуждения в заданном секторе углов ска­ нирования и рабочей полосе частот. Кроме того, для применения элемента в конкретной системе обычно требуется определенная поляризационная характеристика. Хорошо согласованный реаль­ ный элемент решетки не всегда дает желаемую поляризацию, но обычно поляризационную характеристику можно модифицировать

соответствующим выбором фидерных цепей элемента. Поэтому в данной главе особое внимание уделяется вопросам оптимизации*) согласования элементов решетки.

Для обеспечения согласования элементов решетки было пред­ ложено несколько методов расчета. Дадпм краткий обзор основ­ ных особенностей этих методов, а затем обсудпм более общпе мето­ ды оптимизации согласования, которые были применены при кон­ струировании некоторых типов элементов реальных решеток.

Для оценки согласования элементов решеток прн нескольких дискретных углах сканирования пспользовалпсь волноводные модели [1—4]. (В гл. 2 и 7 было показано, что моделировать можно только решетки, обладающие некоторой симметрией.) При этом измерялось эффективное согласование. Таким же образом можно определить влияние согласующих устройств, помещенных в раскрыве элемента или в фидерной лннпп. Полезность этого метода ограничивается, однако, тем числом дискретных значений углов сканирования н типов поляризации, которое можно промо-

*) Под оптимизацией здесь понимается сведение к минимуму рассогла­ сования элемепта в заданном секторе сканирования п полосе частот.

27*

420

Глава 9

делыровать при разумных размерах модели. Для каждой комбина­ ции угла сканирования и типа поляризации требуется своя волноводная модель.

Вцелях достижения согласования в широком секторе углов было предложено [5] использовать тонкий лист с высокой диэлек­ трической проницаемостью, размещенный па пекотором расстоя­ нии от раскрыва. Как показали расчеты, основанные па теории длинных линий, и измерения иа модели, таким путем можно зна­ чительно улучшить согласование. Однако при ограниченном числе измерений на модели могут остаться необнаруженными вынужден­ ные резонапсы поверхностной волны (см. гл. 6). Кроме того, при­ менимость этого метода к различным типам элементов решеток пока еще не доказана.

Для улучшения согласования ФАР, состоящих из узких щелей, тонких вибраторов или прямоугольных волноводов, предлагалось использовать тонкие металлические экраны [4] и ребристые струк­ туры из пластин, параллельных//-плоскости [6]. Результирующее согласование решетки определяется путем анализа на основе тео­ рии длинных линий, в котором учитываются рассеивающие свой­ ства пластин, а также элементов решеток, которые теперь излуча­ ют внутрь области параллельных пластин. Эти способы согласо­ вания применялись при работе с указанными выше элементами

ипри конкретном типе поляризации возбуждающего поля.

Вработе [7] предложено использовать многомодовое возбужде­ ние решеток из прямоугольных волноводов или параллельных пластин. При этом для получения хорошего согласования можно

внекоторых пределах регулировать относительные комплексные коэффициенты соответствующих типов волн. Однако результи­ рующее согласование решетки в этом случае может зависеть от ча­ стоты.

Впредыдущих главах для исследования характеристик пло­ ских волноводных решеток применялись аналитические и числен­ ные методы. Эти методы можно использовать и для расчета опти­ мально согласованного элемента решетки. Такое же важное зна­ чение, как эти методы, имеет метод систематического синтеза согла­ сующей цепи, позволяющий достичь оптимального согласования решетки в широком секторе углов сканирования и в требуемой поло­ се частот. При этом следует использовать результаты, полученные аналитическими методами.

Для согласования ФАР в раскрыве можно помещать тонкие диэлектрические листы, вставки, а также тонкие металлические диафрагмы. Однако в этом случае при конструировании оптималь­ но согласованного элемента можно полагаться лишь иа данные анализа. Это ограничение обусловлено тем, что при различных значениях параметров согласующих устройств нужно заново решать граничную задачу для данной решетки.

Методы улучшения согласования ФАР

421

Для уменьшения зависимости согласования от частоты согла­ сующее устройство обычно размещают в непосредственной бли­ зости от раскрыва элемента. Однако во многих практических слу­ чаях оказывается либо невозможно, либо нежелательно согласо^ вывать элемент решетки вблизи его раскрыва. Удобнее вводить согласующие устройства в фидерные линии или в другие точки системы, где они не оказывают влияния на распределение поля в раскрыве. При этом можно использовать числовые значения коэф­ фициента отражения элемента, найденные в процессе синтеза, основанном на теории длинных линий. Они позволяют определить параметры оптимального согласующего устройства.

Такие соображения, как стоимость и простота конструкции, а также интуиция иногда приводят к выбору элемента, форма кото­ рого плохо поддается анализу или численным методам решения. Значения коэффициента отражения такого элемента можно полу­ чить из сравнительно простых измерений.

В данной главе рассмотрены систематические методы определе­ ния параметров оптимальных согласующих устройств, размещае­ мых во внутренней области. При этом можно использовать резуль­ таты, полученные экспериментальным путем или численными рас­ четами. Исходной точкой синтеза можно взять величину коэффи­ циента взаимной связи или коэффициента отражения. Хотя эти методы базируются на модели бесконечной решетки, результаты расчета хорошо согласуются с результатами измерений на решет­ ке конечных размеров.

Рассмотрены одномодовый элемент решетки (т. е. элемент, возбуждаемый только одним типом волны) и двухмодовый (возбу­ ждаемый двумя типами волн с ортогональной поляризацией). Оппсаны экспериментальные методы определения согласования решетки и оптимальной конструкции элемента.

2. ОПТИМИЗАЦИЯ СОГЛАСОВАНИЯ ОДНОМОДОВОГО ЭЛЕМЕНТА РЕШЕТКИ

Рассмотрим бесконечную плоскую решетку (рис. 9.1) из одно­ модовых элементов, расположенных в узлах прямоугольной сетки *). Каждый элемент решетки обозначается двумя индексами (т, п) н возбуждается напряжением Vmn с помощью передающей линии с характеристической проводимостью Y 0. Решетка возбуж­ дается с одинаковой амплитудой и линейным изменением фазы

Fmn= 7e^fc+n1|)y))

(1)

где фх и фу — управляющие фазы.

х) Прямоугольная сетка выбрана^ для удобства анализа. Рассматривае­ мый метод применим к любой плоской сетке с двойной периодичностью.

Смотрите также файлы