Файл: Каплун, В. А. Обтекатели антенн СВЧ (радиотехнический расчет и проектирование).pdf

Рассмотрим далее графо-аналитический метод расчета фазовых ха­ рактеристик.

При расчете следует пользоваться методом эквивалентных линий и круговой диаграммой полных сопротивлений.

Для нахождения нужных характеристик с помощью круговой диаг­ раммы строится кривая входного сопротивления ZBX/Zo= /(0 ), кото­ рая характеризуеткомплексный коэффициент отражения заданной стенки:

коэффициент прохождения IT |

Из (3.26) известно, что для четырехполюсников с коэффициентами, отражения со стороны входа и выхода (при солаеовании противопо­

ложного конца четырехполюсника), равными соответственно | R x | e~J,tTi и \ R 2\е—n,lR=, имеет место равенство

Знак перед п/2 определяется из физических соображений.

90

Полученные соотношения позволяют находить фазовые характе­ ристики прошедшей волны по известным зависимостям входного и вы­ ходного сопротивлений для данной диэлектрической стенки:

Zbx1/Zo = / ( 0 ) h Zbx2/Zo = / ( ö).

Для удобства расчетов круговую диаграмму можно дополнить сеткой фазы отраженной волны.

На рис. 3.10 и 3.11 показаны рассчитанные таким способом кривые т|з =/(Ѳ) для однослойной и двухслойной несимметричной стенок с ре-

Рис. 3.10. Фазовые характеристики для однослойной диэлектри­ ческой стенки.

91

активной решеткой и приведены соответствующие экспериментальные результаты.

Взаключение отметим, что точность расчета фазовых характеристик

спомощью круговой диаграммы падает при хорошем согласовании стенок, так как при этом соответствующие характеристики входного сопротивения лежат вблизи центра диаграммы, и небольшое линейное их смещение приводит к большим ошибкам по фазе.

Анализ фазовых характеристик отраженной волны фц = / (0) показывает, что при любых типах стенок и углах падения 0, соответ­ ствующих углам полной компенсации отражений, происходит скачок фазы на 180° (на круговой диаграмме это соответствует прохождению кривой ZDX/Z0 = f (0) через центр). Эти фазовые скачки аналогичны скачкам фазы отраженной волны при углах падения, равных углу Брюстера при параллельной поляризации падающей плоской волны. Такие особенности отраженной от стенки волны должны приниматься во внимание при конструировании обтекателей особенно в случаях, когда отраженная волна накладывается на основной лепесток диаг­ раммы направленности. '

3.5. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ СИНТЕЗА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МНОГОСЛОЙНЫХ СТЕНОК

Синтез диэлектрических стенок сводится к построению слоистых конструкций, которые удовлетворяют заданным радиотехническим, механическим и другим требованиям, зависящим от типа и назначения обтекателя. Следует различать три основные конструкции стенок, подход к синтезу которых различен.

Это диэлектрические стенки, работающие в достаточно узком диа­ пазоне волн при широком секторе углов падения; стенки, работающие на двух или нескольких разнесенных волнах, каждая из которых занимает достаточно узкую полосу при широком секторе углов паде­ ния; и, наконец, конструкции, работающиие в широком непрерыв­ ном диапазоне волн при относительно узком секторе углов падения.

Перечисленные группы почти поностью обеспечивают построение всех возможных типов обтекателей.

Выше отмечалось, что наиболее приемлемыми конструкциями ди­ электрических стенок для обтекателей являются: монолитные (одно­ слойные), многослойные с чередующимися слоями большой и малой плотности*, многослойные со слоями, плотность которых увеличива­ ется от периферии к центру**, конструкции с реактивными решетками внутри слоев (однослойные или многослойные) и,- наконец, стенки с плавным изменением показателя преломления. Из физических сообра­ жений можно заключить, что для работы в достаточно узком диапазоне волн при широком секторе углов падения, вообще говоря, пригодны все типы стенок; для работы на нескольких разнесенных волнах при широ-

*Стенки этого типа можно назвать компенсационными.

**Эти стенки можно назвать стенками с согласующими слоями.

93

ком секторе углов падения —• многослойные стенки компенсационного типа (в том числе со слоями, включающими в себя реактивные решетки) и с согласующими слоями; для работы в широкой полосе — стенки с плавным изменением показателя преломления и в отдельных случаях стенки с согласующими слоями.

Вначале рассмотрим синтез многослойных стенок.

Благодаря электродинамической эквивалентности диэлектрических слоистых стенок со ступенчатыми линиями передачи, при решении задач их синтеза можно воспользоваться хорошо разработанными ме­ тодами синтеза СВЧ ступенчатых переходов и фильтров с учетом осо-

Для любой из этих конструкций на основании (3.27) будет справед­ ливо следующее выражение для коэффициента отражения:

отражения для половины стенки, заключенной между сечениями

Первое условие определяет требования к среднему слою, второе —

кконструкции половины стенки (диэлектрического перехода).

Взаданном секторе углов падения коэффициент прохождения тем

больше, чем больше углов полной компенсации* в этом секторе имеет проектируемая конструкция. Поэтому нужно так строить искомую стенку, чтобы первое условие (3.39) выполнялось при угле падения Ѳъ второе — при углах падения Ѳ2, 03 и т. д., отличных от 02. Например, при трехслойной конструкции стенки (двухслойный диэлектрический

* Углом полной компенсации называется угол падения волны на диэлектри­ ческую стенку, при котором отражения равны нулю (скомпенсированы). Вели­ чина этогц угла зависит от конструкции стенки.

94