|
| |
|
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 XsK, Ом
80 60 40 20 О -20 -♦О -60
SO0 800 700 600 500 ifOO 300 200 100
350 300 250 200 150 100 50 О -50 -по , -150
О 20 Рис. 6.17 зок К единице, что было достигнуто с помощью согласования вибраторов в ячейке выбором волнового сопротивления питающих фидеров Иф=135 Ом. При совмещении решеток КУ ДСАР в ВЧ диапазоне при нормальном положении луча уменьшается для выбранной геометрии ДСАР примерно на 20% из-за рассеяния части мощности ВЧ диапазона в вибраторах НЧ диапазона. При сканировании в Н-плоскости КУ совмещенной АР изменяется по закону, близкому к sinqpo, а при сканировании в -плоскости закон более слож-Hbiii. Сектор скаиирования, определяемый по снижению нормированного КУ до 0,5, равен в данном случае ±48° в плоскости  0,1 0,3 0,5 0,6 k,ag Рис. 6.18 Н и ±50° в плоскости Е для несовмещенной АР и умень- шается соответственно до зна-чений -Ь4Г и -1-48° для совмещенной АР (САР). 0,8 Уровень дополнительных боковых лепестков в САР ра- о, 7 вен -13,7 дБ или нормального луча и возрастает до -7,5 лЪ 0,6 при отклонении на угол -1-41° в Н-плоскости. При сканирова-НИИ в Л-плоскости уровень дополнительных боковых лепестков не превышает -13 дБ. Заметим, что довольно значительные боковые лепестки в индексами 0-2 и -20 при больших отклб-нениях луча от нормали обязаны своим появлением увеличенному расстоянию между соседними излучателями ВЧ диапазона (0,57Xi) и не связаны с совмещением АР. Зависимости в секторе сканирования входного сопротивления гo вибратора ячейки в совмещенной АР ZBx=-/?Bx-biA<=Bx и одиночной (несовмещенной) Z bx = =?вх + гХ вх показывают, что совмещение приводит как к значительному отличию друг от друга входных сопротивлений различных вибраторов в ячейке, так и к значительному изменению зависимости от направления луча 2=вх по сравнению с Z bx. Эти отличия и изменения особенно сильно проявляются при сканировании в Я-плоскости в угловой области, соответствующей появлению побочных главных максимумов в ДН САР. Ясно, что при прочих равных условиях вышеперечисленные искажения зависят от толщины НЧ вибраторов (радиуса as). Эти зависимости для нормированного КУ и уровня дополнительных боковых лепестков показаны на рис. 6.18 (при нормальном положении луча, т. е. при 9о = 90°, фо = 90°). Перейдем к анализу искажений характеристик МСАР на более низкой частоте f2 = 0,5/i. Как показали расчеты, зависимости нормированного КУ и входного сопротивления в НЧ диапазоне в секторе сканирования в Я- и Я-плоскостях для рассмотренной схемы совмещения мало отличаются от аналогичных зависимостей для несовмещенной АР. Дополнительные боковые лепестки в НЧ диапазоне не возникают, возможны лишь побочные главные максимумы из-за увеличенного расстояния между НЧ излучате- лями. Таким образом, анализ двух существенно различных типов МСАР-волноводно-волноводной и вибраторно-вибраторной-позволил выявить общие закономерности в изменении характеристик совмещенных АР. В ВЧ диапазоне это уменьшение КУ, изменси.чс входного сопротг1Ьленпя и появление специфических дополнительных боковых .lenecTKOB. При отклонении основного лепестка 5-178 129 60. iO от нормали вышеперечисленные отрицательные эффекты возрастают, что, в свою очередь, приводит к уменьшению сектора сканирования в МСА.Р. Ухудшение характеристик направленности в МСАР в секторе сканирования оказывается различными в Н- и -плоскостях и зависит от типа совмешенной структуры. Так, для вибраторно-вибраторных МСАР наибольшие искажения происходят при сканировании в Н-плоскости, для волиоводно-волно-водных МСАР больший уровень дополнительных боковых лепестков оказывается при сканировании в /Г-плоскости. Вибраторно-волноводные МСАР. Приведенные выше алгоритмы расчета периодических МСАР оказываются эффективными при размерах периодических ячеек, не превышающих 2... 2,5Ai, что эквивалентно соотношению рабо1шх частот совмещаемых АР /i 25. При большем соотношении частот из-за резкого возрастания времени счета использование этих алгоритмов Становится проблематичным. Поэтому приведем приближенные соотношения для расчета характеристик двухчастотных САР, в которых верхняя является вибраторной и работает в НЧ диапазоне, а нижняя состоит из произвольных излучателей и работает в ВЧ диапазоне. Эти соотношения получены на основе анализа дифракции системы плоских волн, падающих от нижней АР на верхнюю, и справедливы при соотношении частоты /i 2>5 при сканировании ВЧ АР в Я-плоскости. Рассмотрим двухчастотную САР, изображенную па рис. 6.1. Предположим, что по оси ох САР бесконечна с равномерным и синфазным возбуждением в ВЧ диапазоне. При длине НЧ вибраторов />2,5Л влияние системы близко расположенных вдоль одной линии вибраторов на диаграмму направленности ВЧ АР почтп эквивалентно влиянию непрерывного длинного проводника того же сечения, что и вибраторов. Кроме того оказывается, что если сектор сканирования ВЧ АР в Я- плоскости не превышает -t-60° относительно нормали, то конечную пр оси оу НЧ решетку можно заменить бесконечной по этой оси решеткой. При этом ее влияние на диаграмму направленности ВЧ АР почти не изменяется. Поэтому, сводя электродинамическую модель, САР, изображенной на рис. 6.1, к модели, представленной на рис. 6.19, можно показать, что без учета повторных переотражений между апертурами ВЧ и НЧ Рис. 6.19 АР диаграмма направленно-  сти конечной по оси оу ВЧ АР в присутствии НЧ АР записывается в виде F(e) = cose 2 К arcsinfsine---) X п=-п, L V yll I ехр j - ikH ]/ I - (sin е k sin e- -спектральная плотность плоских где т) ~k (sin 9- нГпоГеТг.Тя r,;fP. вычисляемая через извест-tiOQ поле Сх(У), Иу(у} в раскрыве ВЧ АР; i/2 -L/2 !+ x eVd,/; (6.24) Ws=Ex/Hy - локальное поверхностное сопротивление; ky = = fe]Sin6 - волновое число по оси оу; уго.д 8 отсчитывается от от оси 0z. Входящие в (6.23) коэффициенты Ь {а) являются коэффициентами прохождения п-й гармоники прн падении на бесконечную решетку проводников плоской волны под углом а и могут быть найдены известными методами, например [8]. Индексы п 2 в (6.23) определяют полный спектр распространяющихся гармо!!ик. Их конкретное значение зависит от периода вибраторной решетке dy/ki и угла а [9]. В частности, прн равномерном амплитудном распределении в раскрыве £ж((/) = 1 и линейном фазовом, соответствзющем формированию основного лепестка ДН в направлении 0о, имеет место приближенное соотношение WsiWojcosQo. Поэтому в этом случае 2 г F (Э) = cos 0 2 arcsin 1=- 1 X ехр ik,H у I- sin 9- cos 0 /l-(sin9-- - sin e -f sin 9o -f-
~ у ~ sin e -f- sin fi + dylX (6.25) Анализ (6.25) особенно нагляден при больших размерах апертуры Z,/Xi:10. При этом оказывается, что влияние НЧ АР приводит к уменьшению уровня излучаемого ВЧ АР поля в направлении основного лепестка по закону \F{%)\\b,(%)\ (6.26) и к появлению дополнительных боковых лепестков в направлениях Qp-. ej, = arcsin meo+P/idy/K}h /7 = ± 1,±2,... (6.27) Уровень этих лепестков по полю cos Ь (бо) 1 (6.28) В соответствии с (6.26) уменьшение коэффициента усиления ВЧ АР GlG \b,{Q,)\\ (6.29) где Go - КУ несовмещенной ВЧ АР. Уменьшение КУ происходит как из-за рассеяния части мощности в боковые лепестки, так и из-за отражения от НЧ вибраторов. Анализ показал, что для рассматриваемого соотношения частот зависимость интегрального коэффициента отражения по мощности Г(ео)- от угла 9о близка к зависимости 1-)Ьо(Эо), если 100160°. Поэтому относительное уменьшение коэффициента направленного действия (КНД) D/Do в САР при сканировании в ВЧ диапазоне D/Do G /1(1 - 1Г (0о) IGo] ~ 16о(0о) I. где Do - КНД несовмещенной ВЧ АР. Вышеприведенные соотношения формально остаются неизменными как при Е-, так и при Я-поляризапии падающего от ВЧ АР поля на НЧ решетку. Изменяются лишь коэффициенты прохождения bp. Однако при Я-поляризации, когда электрическое поле ВЧ АР перпендикулярно осям вибраторов, рассматриваемая модель САР оказывается приближенной, так как влияние системы крепления вибраторов и подводящих фидеров на характеристики направленности в ВЧ диапазоне может оказаться такого же порядка (или даже больше), что и влияние самих вибраторов Приведенные соотношения (6.28), (6.29) для снижения КУ и возрастания боковых лепестков справедливы, если поверхность раскрыва 52 верхней вибраторной АР полностью перекрывает поверхность раскрыва нижней АР. Если же коэффициент перекрытия Y=nSb 52/Si<l, то следует пользоваться ниже приведенными соотношениями (G/Go)v ~ [1 Y (1 - Кад] , (6.30) (Ap)v = YAp. (6.31) где {G/Go)y, (Ap)v обозначает соответственно КУ и уровень р-го лепестка при у<1. Для инженерной оценки максимально возможных искажений в секторе сканирования ±60 можно воспользоваться еще более простыми соотношениями, которые получены на основе анализа поведения коэффициентов прохождения bp через периодическую систему тонких проводников радиуса а. Так, для совпадающей линейной поляризации в обоих диапазонах при у=1; 0,05kia 0,5; dy/Xi2,5; 0о6О° [9] (G/G ) , = (Ар)тах ] 0.506(Aia)4 (6.32) (6.33) (d /Ai) cos во (dy/ki) cos бе Зависимости для граничных (наихудших) значений (G/Go)min и {Ар)тах ОТ kiO ДЛЯ рядз зизчений dy/Xi и 00 = 0 показаны соответственно на рис. 6.20, а,б. Достоинством выражений (6.32), (6.33) является их простота и наглядность влияния каждого из параметров dy/Xi, ha, 0о на ухудшение характеристик направленности в САР. Так, хорошо видно, что при сканировании уменьшение КУ из-за совмещения возрастает, а уровень максимального дополнительного бокового лепестка, выраженный в децибелах, изменяется по закону (Ар)т х = - 5.9 -Ь 8 lg (М - 20 lg (dylK - 20 lg cos 0 . (6.43) Учет повторных переотражений между апертурами ВЧ я НЧ АР приводит к дополнительным эффектам в изменении характеристик МСАР в ВЧ диапазоне. Так, КУ рассматриваемой САР в ВЧ диапазоне при L/Ai 10 вычисляется следующим образом: (6.35) 1->.(в.)</.(во)е- *. = в. где (7о(0о) и ао(0о) - коэффициенты отражения от апертуры ВЧ и НЧ АР при падении на них плоской волны под углом 0о, а мак- 
54 kja 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 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||