|
| |
|
Слаботочка Книги 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [20] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 ся в виде произведения ДН ячейки иа множитель направленности конечной периодической структуры Fc(Q, ф6о, фо): (0. Ф)-я (е. фв;. q>o)FciQ, фео, Фо). (6.5) В частном случае, представляющем наибольший практический интерес, направление 0о, фо максимума множителя направленности в (6.2) (6.5) совпадает с направлением 0о, фо оптимального возбуждения ячейки, что эквивалентно оптимальному управлению ДН ячейки МСАР в процессе сканирования лучом МСАР. Вернемся к бесконечной периодической МСАР. В соответствии с выражением (6.2) ДН такой МСАР представляется в виде конечного спектра гармоник Флоке. Основные гармоники Флоке с индексами 00 соответствуют основному лепестку ДН МСАР. Все остальные гармоники Флоке соответствуют специфическим дополнительным боковым лепесткам, появляющимся в более ВЧ диапазонах в МСАР из-за рассеяния части мощности ВЧ диапазона на излучателях НЧ диапазона. Относительный уровень этих лепестков по мощности д2 [M)i.№+<.№]cose [KoPPjJ + UgofPSJlcose (6.6) где Этоп, фтп - угловые координаты тп-го дополнительного бокового лепестка, определяемые из системы уравнений (6.4). Причем 0о = Эоо, фо = фоо. Соотношение между комплексными амплитудами Л(*оо и А<оу нулевых гармоник Флоке магнитного и электрического типов определяет поляризационную структуру излучаемого поля в направлении основного лепестка. Аналогично соотношения между амплитудами Amn и Атп определяют поляризационную структуру тп-го дополнительного бокового лепестка. Важным параметром является коэффициент усиления (КУ) ячейки Оя, определяемый по отношению к мощности падающих волноводных волн. Можно показать [16], что Gni%r Фо) = -V(0o, фо)СО3 0о, V (9о. Фо) = /=1 р=1 (6.7) (6.8) - коэффициент использования поверхности (КИП) ячейки. Определенный в (6.7) КУ ячейки обладает тем свойством, что КУ периодической МСАР равен сумме КУ отдельных ячеек. Это положение с хорошей точностью выполняется и для достаточно больших конечных периодических МСАР с равномерным амплитудным возбуждением от ячейки к ячейке. При произвольном законе амплитудного возбуждения от ячейки к ячейке КУ больших периодических МСАР G(0o, Фo) = v ЛGя(0o. Фо). (6.9) где - общее число ячеек; Va - КИП МСАР, зависящий от закона амплитудного возбуждения различных ячеек антенной решетки. При определении Va в конечных периодических МСАР дискретный закон амплитудного возбуждения различных ячеек мож-но аппроксимировать гладкой кривой. При этом Va с хорошей точностью совпадает с КИП непрерывной апертуры с аппроксимирующим законом амплитудного возбуждения. Соотношение (6.9) является обобщением на блочно-периодические конечные ФАР (к которым относятся и МСАР) известного соотношения для КУ больших периодических ФАР. Основное отличие (6.9) связано с введением коэффициента усиления ячейки МСАР (блока в блочно-периодических ФАР). Поведение КУ ячейки МСАР при сканировании по сравнению с поведением КУ отдельных излучателей в обычных периодических ФАР имеет ряд отличий. Эти отличия происходят из-за появления специфических дополнительных боковых лепестков в МСАР и дополнительного рассогласования, вносимого излучателями соседних диапазонов. Относительная доля мощности ячейки, поглощаемой на р-м типе волны в /-м волноводе, характеризуется парциальным коэффициентом отражения по мощности 2 2UiPPi /=11=1 Соответственно полный (интегральный) коэффициент отражения ячейки Г= 2 2 гЛ=Га1+Гпр, где Га--коэффициент отра.жения в активно волноводы; Гп коэффициент прохождения в пассивные для рассматриваемого диапазона частот волноводы. Величина 1Гп в решающей степени влияет на электромагнитную совместимость (ЭМС) МСАР. Одной из интегральных характеристик рассеяния МСАР является относительный уровень мощности As- излучаемой в область всех дополнительных боковых лепестков. Величина связана с уровнем тп-х боковых лепестков соотношением (6.10) (6.11) возбуждаемые а Рв 2йП м. А1 = т,п (т, пО) 2 2 I i=i p=i = V COS 0n m, n (m, rtO) (6.12) Введенные антенные характеристики ячейки МСАР связаны между собой уравнением баланса мощностей, которое в отсутствие омических потерь можно представить в следующем виде: v=l-vcoseo 2 д2 /cos0 -(ГJ2-iГ т, п (/71, п?£0) откуда КИП ячейки МСАР I - Га2- Гп 1+COS 90 2 A /cos9mn m,n (m, nyfO) (6.13) (6.14) Соотношение (6.14) определяет пути достижения предельного КИП ячейки МСАР: это не только согласование активно возбуждаемых излучателей, но и уменьшение мощности, попадаемой в фидерные линии излучателей соседних диапазонов, например, с помощью установки отражающих фильтров в цепях питания этих излучателей, а также минимизация уровня дополнительных боковых лепестков. Как пример рассмотрим конкретную двухчастотную совмещенную АР с соотношением средних частот обоих диапазонов fi/f2~2. Периодическая ячейка выбранной (базовой) структуры включает один НЧ прямоугольный волновод с номером / = 3 и четыре ВЧ прямоугольных волновода с номерами /=1, 2, 4, 5 (см. рис. 6.7,6). Значение геометрических параметров ячейки следующие: /}т,. = !,5Я D, = 1,2A а = 90 , =0,375;. \d\.\ = = 0,35Хь а; = 0,7Я bf-0,3h (/ = 1. 2, 4, 5), \ = \d\,\=0, аз = = 1,4/11, 6з = 0,3л1, ез = е; = е;=-еп= 1. В данной схеме совмещения наибольшие искажения характеристик направленности происходят в ВЧ диапазоне. Поэтому проанализируем сначала характеристики ДСАР именно в этом диапазоне. На рис. 6.8,а,б показаны зависимости модулей парциальных коэффициентов отражения \Тр\ от угла сканирования Оо соответственно в Я- и £- плоскостях. Кривая / показывает зависимость 2Г], кривая 2 - 2Г.2, кривая 5-Г, кривая 4 - 2Г*, кривая 5-2Г, кривая 6 - Г2 1, где индекс р=1 соответствует волне Ню, а р = 2 - волне Яго. На рис. 6.9,а,б сплошными линиями показаны зависимости от 00 интегрального коэффициента отражения Г, в Е и Н плоскостях. Как видно, поведение парциальных и интегрального коэффициентов отражения имеет ряд специфических особенностей. Во-первых, часть мощности ВЧ диапазона теряется в излучателях НЧ диапазона. Причем если для нормального луча и при сканировании в f-плоскости основные потери этого вида происходят на волне Я,о, то при отклонении луча от нормали в Я-плоскости начинает возрастать коэффициент прохождения в НЧ волновод по волне Яго, который достигает максимума при таком 0о, кото- 
Ю 20 30 ifO 50 Bg a) Рис. 6.8 10 20 30 W 50 ej 0,6 0,5 0,t 0,3 0.2 0,1
10 20 JO 40 SO во. 0,6 0,5 0,1* 0,3 0,2 0,1
10 20 30 W 50 во Ю Рис. 6.9 рый соответствует примерно противофазному возбуждению волноводов с номерами /=1(4) и / = 2(5). Во-вторых, влияние НЧ волновода приводит к ослаблению роста интегрального коэффициента отражения в момент появления побочных главных максимумов. Это особенно наглядно видно из сравнения кривых, приведенных сплошными линиями на рис. 6.9, с аналогичными штриховыми кривыми, рассчитанными для случая заметаллизированного раскрыва НЧ волновода. 0,9 0,8 JP.3
0,5 0,k 0,3 0,2 0,1
20 30 M 50 Bo a) 70 20 30 40 50 вд Рис. 6.10 Перейдем к анализу внешних характеристик. На рис. 6.10,а,б представлены зависимости нормированкого КУ ячейки в Н и £ плоскостях H = vcos9o от 00 (сплошной линией при наличии НЧ волновода, штриховой - при металлизации его раскрыва). Максимальное значение нормированного КУ ячейки в данном случае оказалось равным 0,68 и достигается вблизи нормального положения луча. При этом потери 32% в КУ распределяются следующим образом: 5% мощности теряется на отражение и 27% рассеивается в область возникающих боковых лепестков, зависимость уровня которых Атоп от угла 0о в Е и Н плоскостях показана сплошной и штриховой линиями на рис. 6.11, а,б. Для сравнения на рис. 6.12, а,б показана аналогичная зависимость Дтл при условии металлизации раскрыва НЧ волновода. Природа возникающих в периодических МСАР боковых лепестков двояка. Во-первых, это обычные интерференциальные побочные максимумы (лепестки), обусловленные увеличенным расстоянием между излучателями ВЧ диапазона. Эти боковые лепестки могут быть подавлены соответствующим выбором структуры и размеров ячейки, а также расстояния между ВЧ излучателями в пределах ячейки. Последнее должно выбираться так, чтобы при металлизации раскрыва НЧ волновода ВЧ волноводы образовывали периодическую структуру с размером ячейки, обеспечивающим однолучевой режим работы. Во-вторых, боковые лепестки появляются из-за рассеяния части мощности ВЧ диапазона на раскрыве НЧ волновода. Такие боковые лепестки будем называть Ю 20 J0 iO! 50 0 /О 20 30 М 50 dir  10 20 iO50 во О ГО 20 30 iO 50 в
Рис. 6.12 дополнительными, так как они принципиально существуют в схемах совмещения разночастотных излучателей при размерах D, D периодической ячейки более 0,5A,i. Дополнительные боковые лепестки исчезают, если заметаллизировать раскрыв НЧ волновода (см. рис. 6.11 и 6.12). Заметим, что часть дополнительных боковых лепестков совпадает по напрявлению с интерференционными лепестками, что в итоге вызывает изменение уровня интер- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [20] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||