|
| |
|
Слаботочка Книги ференционных побочных максимумов в совмещенных АР (кривые с одинаковыми индексами тп на рис. 6.11 и 6.12). Одним из наиболее эффективных способов уменьшения мощности, рассеиваемой в область дополнительных боковых лепестков, является заполнение волноводов диэлектриком для уменьшения их поперечных размеров и размеров периодической ячейки. Однако расчеты показывают [12], что однородное заполнение волноводов диэлектриком приводит к возрастанию коэффициента отражения ячейки, в результате чего КИП ячейки даже уменьшается по сравнению со случаем незаполненных волноводов. Поэтому одной из основных задач при построении волноводных МСАР является задача разработки согласующих устройств, обеспечивающих сканирование в ВЧ диапазоне в заданном секторе углов и заданной полосе частот. Результаты численного моделирования показали, что наиболее эффективным типом согласующих устройств в волноводных МСАР являются согласующие устройства на основе участков запредельных волноводов. Такие участки могут быть образованы в заполненных диэлектриком волноводах при удалении диэлектрика из части объема волновода. Подбирая положение и размер участков запредельных волноводов, можно существенно улучшить характеристики МСАР в секторе сканирования [12]. На рис. б.Ю.а, б, 6.11,а, б крестиками показаны расчетные зависимости нормированного КУ ячейки и наибольшего уровня боковых лепестков в ВЧ диапазоне для ДСАР, периодическая ячейка которой состоит из прямоугольных заполненных диэлектриков с £1 = е2 = ез = е4 = е5 = 2 волноводов со специально подобранными однослойными запредельными участками. Эти участки образованы путем удаления диэлектрика из области - dlz- (/=1, 2, 4, 5) в волноводах ВЧ диапазона. Структура ячейки аналогична структуре с рассмотренными выше не заполненными диэлектриком волноводами. Однако в результате заполнения поперечные размеры ячейки и волноводов уменьшены и выбраны следующими: D, =1,092 Xi, D = l,052Xi, a = 90°, \d\,\=0,3h, \d\,\=0,3Xu а, = 0,496Л 6, = 0,213Я, (/=1, 2, 4, 5), \d\,\ = \d\\=0, 03 = 0,992X1, Ьз = 0,2Шг. Размеры запредельного участка с?1 = 0,209Яь = 0,086,1 (/=1,2,4,5). Как видно, в данном случае оказывается возможным приблизить характеристики ДСАР в ВЧ диапазоне к характеристикам обычных несовмещенных ФАР. В НЧ диапазоне ВЧ волноводы являются запредельными, и поэтому их влияние на характеристики направленности в НЧ диапазоне оказывается незначительным. На рис. 6.13,а,б представлены соответственно зависимости g-s=vcos9o и Г в НЧ диапазоне для ячейки, изображенной на рис. 6.7,6, и при /2 = 0,5/i (кривые / - в Я-плоскости, кривые 2 -в -плоскости). Для сравнения там же приведены аналогичные кривые 3, 4 для ячейки с заметаллизированными апертурами ВЧ волноводов. 
О 20 30 40 SO Sa Рис. 6.13 Специфические дополнительные боковые лепестки за счет совмещения в НЧ диапазоне не появляются. Возможны лишь интерференционные побочные максимумы, которые могут быть подавлены за счет соответствующего выбора расстояния между НЧ волноводами. При заполнении НЧ волноводов диэлектриком для уменьшения размеров ячейки МСАР и увеличения сектора сканирования в НЧ диапазоне целесообразно использовать в НЧ волноводах согласующие устройства на отрезках запредельных волноводов. На рис. 6.13,а крестиками показаны соответствующие кривые в НЧ диапазоне, рассчитанные для описанной выше структуры ячейки волноводной ДСАР с заполненными волнозо-дамн. Параметры согласующего устройства следующее: <ii = = 0,368 2 = 0,0622, 63 = 1. Вибраторно-вибраторные периодические МСАР. Электродинамическая модель ячейки периодической вибраторно-вибраторной МСАР показана на рис. 6.14,а. На каждой частоте fq{q=l, 2, ... Q) из общего числа Т вибраторов ячейки МСАР активно возбуждается только рабочая для данной частоты группа вибраторов с номерами t - tqs, tq-x+l, tq- Остальные вибраторы на этой частоте полагаются нагруженными на произвольную нагрузку Znqt- Положение каждого гo вибратора ячейки задается цилиндрическими координатами (рь фг, ht) нижнего конца его оси (см. рис. 6.14,6). Сам й вибратор представляет тонкостенную трубку длиной и радиуса at, расположенную параллельно бесконечному экрану на высоте lit над ним (экран располагается в   Рис. 6.14 плоскости xoz). Разность потенциалов Uqt или нагрузка Znqt на частоте включаются в сечение z=ht + Zt t-ro вибратора. Как показал анализ, при совпадающей поляризации на всех частотах влиянием системы питания и крепления вибраторов на характеристики МСАР можно пренебречь, если направление луча в каждом диапазоне не очень близко к скользящему. Для таких вибраторов ток имеет только продольную составляющую. В рамках введенной модели распределение тока в вибраторах нулевой ячейки периодической МСАР на частоте fq находится из системы интегральных уравнений типа Галлена г Ч-t-x (6.15) где правая часть уравнений Pt() зависит от места включения и разности потенциалов Ugt для активно возбуждаемых вибраторов или нагрузки Z gf для пассивно возбуждаемых в -м диапазоне вибраторов. Ядра уравнений Фt,(z-) представляют бесконечные суммы, слагаемые которых зависят от радиусов вибраторов, их взаимного расположения внутри ячейки и поперечных размеров dx, dz ячейки, а также от фазовых сдвигов а:= = *qC?a; cos фо sin 9о, rpz~kqdz COS во мсжду одннаковыми вибраторами соседних ячеек, где 9о, фо - угловые координаты основного лепестка диаграммы направленности в -м диапазоне. Конкретный вид функций Ф<т(2-S) и Ftiz) приведен в [13]. Диаграмма направленности ячейки вибраторной МСАР записывается в q-M диапазоне в виде ff(e, ф10; %)=2kqW,sinei[ft{e)sinkqPtSinq sinq>sm)x y{kqPf С08ф, COS ф Sine (6.16) /,t(0) = - множитель направленности гo вибратора; 9o, фо - направление основного лепестка ДН МСАР, для которого осуществляется оптимальное возбуждение в пределах ячейки МСАР. Уровень дополнительных боковых лепестков в МСАР определяется соотношением Ау = fiiQ, .VFUQo, Фо), (6.17) где 9vn, Фv( - угловые координаты vp.-ro бокового лепестка, определяемые как действительные решения системы уравнений kq (cos фц sin 9, - COS Фо sin 0o) + 2nv = 0, ife,4(cos9v-cos9o)-f 2nfi = 0 (6.18) при целых значениях v и x. В выражении (6.17) и ниже приведенных выражениях для краткости введено обозначение /*я(9, Ф)=я(9, ф9о, фо). Диаграмма направленности ячейки (6.16) определена или при вынужденном возбуждении гo активного вибратора ЭДС Uqt, или при свободном возбуждении этого же вибратора падающей по фидеру с волновым сопротивлением волной с амплитудой qt пад (6.19) Bx,< = ,( ,t(/jt + Z,) - входное сопротивление /-го вибратора. Коэффициент усиления ячейки вибраторной МСАР вычисляется следующим образом: Оя (9о. Фо) =--.-. (6.20) IfO 2 (гвх9( + Гф2/2вмИ) Коэффициент усиления, определяемый по соотношению (6.20), учитывает как потери мощности на отражение в фидерных линиях вибраторов, так и потери мощности в нагрузках пассивных вибраторов. Относительная мощность потерь Т \ в нагрузках пассивных вибраторов ячейки определяются следующим выражением: 4 Re 2 \ht{ht-Zt)\Zr,qtWf 2 {\2bT1t+W\l\Zt\i)\UqtV (6.21) =<,-i-l-i Величина Гпр в явном виде определяет также параметры ЭМС вибраторных МСАР при работе в соседнем частотном диапазоне. В системе координат на рис. 6.14 абсолютный КУ ячейки МСАР можно представить через КИП ячейки v в виде Оя = -dAvsiп0oSinфo. (6.22) Нормированный КУ ячейки можно найти, используя (6.20) для G . Приведенные соотношения полностью определяют все характеристики периодической вибраторно-вибраторной МСАР через значения токов на вибраторах, которые находят из системы уравнений (6.15). Анализ интегральных уравнений (6.15) показывает, что их ядра представляются в виде бесконечных плохо сходящихся сумм. Эффективным приемом, позволяющим улучшить сходимость сумм в ядрах уравнений (6.15), является применение формулы суммирования Пуассона [6]. Из-за громоздкости получающихся соотношений здесь не приводятся преобразованные ядра (см. [7]). Обратимся к количественным результатам. На рис. 6.15-6.17 сплошными линиями показаны зависимости от фо и 00 в Я- и /-плоскостях нормированного КУ, уровня дополнительных боковых лепестков и входного сопротивления активных вибраторов на более высокой частоте /i для выбранной ба- f * f 7ff 80 Voepai 20 30 iO 50 so 70 8в en.zjyta 0,3 0,8 0,7 0,6 0,5 0,1 0,3 0,2 0,1
0,3 0,8 0,7 0,5 0,5 0,1* 0,3 0,2 0,1
ЛГтп , дБ Рис. 6.16 зовой) двухчастотной САР (индекс q на графиках для упрощения записи опущен). Периодическая ячейка базовой САР состоит из четырех вибраторов, возбуждаемых на частоте /i, и одного вибратора, возбуждаемого на частоте /г (/1 = 2/2). Геометрические параметры ячейки и вибраторов следующие: dx = dz=\,\k\, 1\ = = /2 = ;з = /4 = 0,5Ль /5=,1; &iai= ... =104 = 0,044111, fe,fl5 = 0,8822; Я1 = Я4 = 0,25А,1, Я5 = 0,5Я1. Более высокочастотные вибраторы располагались в пределах ячейки таким образом, что в отсутствие низкочастотного вибратора образовывали в решетке периодическую структуру с периодом dx/2, а2/2. Низкочастотный вибратор располагался в центре периодической ячейки. Возбуждение ВЧ вибраторов на частоте /1 вынужденной ЭДС полагалось равноампли-тудным с линейным фазовым набегом. Нагрузка более низкочастотного вибратора выбиралась равной нулю. Для сравнения на рис. 6.15. штриховой линией показаны аналогичные зависимости для одиночной (несовмещенной) ВЧ вибраторной АР (ВАР). Анализ приводимых кривых показывает, что, во-первых, у одиночной АР зависимость КУ в секторе углов ±40° относительно нормали близка к предельно возможной типа 51пфо и зш 00 для идеальных апертур (эти зависимости показаны на рис. 6.15 штрихпунктирной линией). Затем наблюдается существенное отличие этих зависимостей, что связано с появлением для выбранной структуры при отклонении ос-нового лепестка иа углы фо = 41,2° в Я-плоскости и 0о = 41,2° в f-плоскости побочного главного максимума. При положении луча по нормали к плоскости АР нормированный КУ ячейки бли- 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||