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

Если распределение амплитуды поля по диску представить как не­ которую постоянную величину fm плюс ступенчатое распределение, то угловая ошибка, обусловленная этим диском, может быть записана следующим образом [98] (рис. 6.29):

Здесь /т , / 2 — величина амплитуды поля в раскрыве антенны, соот­ ветствующая центру диска и половине высоты ступенчатого распреде­ ления по диску соответственно;

к = - ^ J / (г) г3 dr,

о

f (г) — амплитудное распределение поля в раскрыве рассматриваемой

С помощью (6.9) определяется угловая ошибка в плоскости, про­ веденной через нормаль к плоскости раскрыва и нормаль к пластине

Рис. 6.28. Геометрия диэлектриРис. 6.29. Типичный эффект, создаваемый дического диска и раскрыва анэлектрическим диском,

тенны.

(диску). Не представляет труда получить составляющие угловой ошиб­ ки в любой другой плоскости, содержащей нормаль к плоскости раскрыва.

При использовании соотношений (6.8) и (6.9) для диска, можно вос­ пользоваться следующими упрощающими предположениями:

200

1) проекция диска на плоскость раскрыва имеет форму эллипса ,

луча, проходящего через центр диска); при этом ориентация эллипса, проектируемого на плоскость раскрыва, не имеет значения;

2) эффект, создаваемый диском, является чисто аддитивным, и поэтому множитель Дф в (6.9) можно определять как разность между набегами фаз для обычного обтекателя и обтекателя с диском, при учете углов падения и вида поляризации; при этом набег фазы можно

рассчитывать, используя теорию бесконечного плоского листа, а набег фазы для всей .пластины считать постоянным и равным набегу фазы для центрального луча пластины.

При размещении пластины (диска) на поверхности обтекателя в произвольной точке при произвольном падении на него электромагнитной волны (когда пло­ скость падения наклонена под углом у к плоскости X Z — рис. 6.30) коэффициент

прохождения и набег фазы для диска выражаются следующими соотношениями:

201

Соотношение (6.9) в прямоугольной системе координат, связанной с плоско­ стью раскрыва антенны, дает следующие составляющие угловой ошибки:

xfm Афб2 cos Ѳ

где я н у — координаты проекции центра пластинки на плоскости раскрыва. Связь между координатами точек, лежащих в плоскости раскрыва, и коор­

динатами точек, лежащих на поверхности обтекателя (рис. 6.30), выражается следующими соотношениями:

х = — г sin і -f-У? cos V cos t',

y = R sin V,

cos Ѳ = cos і sin ß -fsin i cos ß cos V,

ß 11 Y — угол, образованный осью обтекателя и касательной к его поверхно­ сти (в случае конического обтекателя касательная совпадает с его

образующей), и угол наклона плоскости падения волны к плоскости пеленга.

Для обтекателя конической формы с радиусом R0 в плоскости, содержащей центр вращения антенны,

R = Ro — ztg ß.

Если определять положение диэлектрической пластинки на обтекателе ко­ ординатами г и V, то для конического обтекателя координаты центра ее проек­ ции на плоскости раскрыва будут

*= (R — Z tg ß) COS V cos i — zsini,

У= (R — z tg ß) sin V.

Анализ воздействия пластинки на угловые ошибки соответствую­ щих обтекателей показывает, что величина создаваемых ею ошибок пропорциональна наклону кривой «набег фазы — толщина обтекателя». Отсюда следует, что при больших углах падения наклон кривой зна­ чительно изменяется с толщиной (особенно для перпендикулярной по­ ляризации), причем максимум достигается при толщине стенки обте­ кателя, равной половине длины волны.

На основании изложенного можно сделать следующие заключения:

1)угловые ошибки максимальны, когда пластина устанавливается на обтекателе с толщиной стенки, равной половине длине волны;

2)угловые ошибки, вызываемые пластиной, установленной на обтекателе с толщиной, равной половине длины волны, всегда больше при перпендикулярной поляризации, чем при параллельной;

3)угловые ошибки минимальны, когда пластина устанавливается на обтекателе, толщина стенок которого равна четверти длины волны.

Сувеличением диэлектрической проницаемости при пепендикулярной

202

поляризации влияние пластинки приближается к нулю, а при парал­ лельной к величине, получаемой при толщине стенки, равной половине длины волны;

4) влияние пластинки на обтекатель с толщиной стенки, равной половине длины волны, повышается с увеличением диэлектрической проницаемости материала стенки.

Зависимость величины угловой ошибки при ее экстремальных зна­ чениях от положения пластинки на образующей ѵ = 0 полуволнового конического обтекателя и зависимость положения точки перехода угло­ вой ошибки от положительных ее значений к отрицательным (по'углу

9-)

Рис. 6.31. Величина угловой ошибки и изменение угла перехода ошибки от положительной к отрицательной в зависимости от положения пластины на образующей обтекателя (ѵ=0):

а — угловая ошибка; б — изменение угла перехода; -------- — рассчитанная кривая;

--------- — экспериментальные данные.

отклонения антенны относительно оси обтекателя) от положения плас­ тинки на образующей ѵ = 0 (также для полуволнового обтекателя) приведены на рис. 6.31. Следует отметить, что точки такого перехода ошибки от плюсовых к минусовым значениям соответствуют углам наблюдения, под которыми центр пластины и центр раскрыва антенны совпадают.

На рис. 6.32 показаны семейства теоретических кривых угловых ошибок для пластин толщиной 0,04 X, лежащих на образующих

V =-. 0, V = 45° и V — 90° на расстояниях — 16 Л., — 24 Л. и ~ 32 X от основания обтекателя. Из рисунка видно, что эти кривые имеют при­ мерно синусоидальный характер, а при данном осевом положении их амплитуда уменьшается с увеличением ѵ (до ѵ =90°). При ѵ = 90° вы­ званные пластинкой угловые ошибки минимальны, а кросс-ошибки — максимальны; кроме того, приѵ = 90° кривые, характеризующие угло­ вые ошибки, становятся симметричными относительно нулевого угла наблюдения, а кривые, характеризующие кросс-ошибки, делаются равносимметричными (типичные результаты для кросс-ошибок при V = 90° и параллельной поляризации относительно плоскости пеленга показаны на рис. 6.33).

203

Результаты, полученные с пластинками, могут быть использованы для анализа влияния тонких колец на угловые ошибки обтекателей. При заданном осевом положении кольца его влиние на угловые ошиб­ ки можно определить с помощью рассмотренного выше принципа супер­ позиции по эффекту воздействия прямоугольной пластины, находящей­ ся в том же осевом положении, но при различных положениях ее на окружности. Обычно вполне достаточно информации о влиянии пла­ стины, расположенной через интервалы 30° по углу ѵ.

Рис. 6.32. Семейства кривых, характеризующие влияние диэлектрической пластины (перпендикулярная поляризация)-

При заданном угле наблюдения угловые ошибки, обусловленные эквивалентным кольцом, определяются как результат суперпозиции ошибок от составляющих пластинок (рис. 6.34):

где 2 Да-р — суммарное воздействие 12 пластинок, имеющих одинако-

р

вое осевое положение и угол наблюдения;

2 f, / 0 и t 0 — соответственно размер прямоугольной пластины по окружности и вдоль образующей и толщина пластины; I, t — ширина и толщина эквивалентного кольца.

204

На рис. 6.35 приведена кривая угловых ошибок для кольца. Теоре­ тическая кривая соответствует пластинам квадратной формы, распо­ ложенным на полуволновом коническом обтекателе, выполненном из стеклоткани. Толщина кольца 0,03 X, ширина 0,12 X [97].

------- — рассчитанная кривая; ,----- —. — экспериментальные

данные.

Рис. 6.35. Влияние кольца при перпенди­ кулярной поляризации относительно плос­ кости пеленга:

Хорошее соответствие расчетных результатов с эксперименталь­ ными позволяет использовать такой метод выбора компенсирующих колец и определения места их установки.

ГЛАВА 7

САМОЛЕТНЫЕ ОБТЕКАТЕЛИ

7.1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Практически все современные самолеты оборудуются радиолока­ ционными станциями различного назначения. Требования большой разрешающей способности приводят, как правило, к большим размерам антенных систем и соответствующих им обтекателей. Зтп особенности, а также большие скорости современных самолетов заставляют конст­ рукторов при проектировании обтекателей наряду с радиотехниче­ скими требованиями существенное внимание уделять вопросам их механической прочности, теплостойкости и надежности [91].

Специфичным требованием для самолетных обтекателей является необходимость обеспечения достаточно высокой прозрачности во всем рабочем диапазоне волн: в сравнительно узком, на совмещенных вол­ нах, в широком непрерывном диапазоне воли и т. п. Ограничения же по угловым ошибкам, допустимым искажениям диаграммы направлен­ ности и т. п. не столь жестки, и обычно достижение требуемого коэф­ фициента прохождения обтекателя гарантирует выполнение также и этих требований. Несколько обособленно в этом отношении стоят обте­ катели навигационных станций допплеровского типа, для которых важным является также обеспечение постоянства пространственной ориентации диаграмм направленности.

Современным самолетным обтекателям свойственно широкое из­ менение углов падения ВЧ энергии (от 0 до 70—85°), излучаемой (или принимаемой) антенной, на их стенки. Лишь в отдельных случаях конструкция антенных устройств и их размещение на самолетах таково, что углы падения лежат в пределах 0—50° [8], [92], [103].

Достижение необходимой радиопрозрачности обтекателей в задан­ ных диапазонах волн осуществляется выбором соответствующей конст­ рукции их стенок. При выборе стенок необходимо учитывать все осо­ бенности условий работы обтекателей на самолетах, их габариты и форму и гарантировать выполнение всего комплекса требований с не­ обходимым коэффициентом запаса, обусловливающим надежность экс­ плуатации в летных условиях. Определение таких оптимальных кон­

струкций — одна из главных задач разработчиков радиопрозрачных обтекателей.

Анализ показывает, что практически все рассмотренные в гл. 1 структуры диэлектрических стенок находят применение в современ-

206