|
| |
|
Слаботочка Книги симальный уровень дополнительных боковых лепестков возрастает до величины (Ар)тах - 5,9 -Ь 8 Ig 1 а - 20 Ig {dyji;) - 20 Ig cos % + + 20lg[l + (7 (eo)l 6о(0 )]. (6.36) В НЧ диапазоне характеристики рассматриваемой САР меняются незначительно. Нижняя ВЧ АР является своеобразным дополнительным экраном для верхней НЧ АР. В случае, когда ВЧ АР образована из плотно расположенных открытых концов прямоугольных волноводов, широкая стенка которых имеет размер di и параллельна оси оу, ее влияние на ВЧ АР эквивалентно наличию идеального отражателя с фазой коэффициента отражения ij(0)~- 4(ln2)cos0diM2. Дополнительные боковые лепестки в НЧ диапазоне обычно не возникают. Приведенные выше алгоритмы и результаты анализа и расчета охватывают довольно широкую группу МСАР и позволяют установить основные закономерности в поведении характеристик таких антенн. 6.4. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ УЛУЧШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК МСАР Как показано в § 6,3, основные ухудшения характеристик направленности МСАР происходят в более ВЧ диапазонах и связаны с рассеиванием части мощности этого диапазона излучателями более НЧ диапазонов. Поэтому физически ясно, что уменьшения искажений характеристик направленности в ВЧ диапазоне можно добиться следующим образом: 1) уменьшением мощности, переизлучаемой излучателями НЧ диапазона на частоте ВЧ диапазона; 2) обеспечением согласованного режима работы излучателей всех диапазонов на частоте ВЧ диапазона, прн котором поле, переизлучаемое НЧ излучателями, является в некотором смысле оптимальным с точки зрения формирования ДН МСАР в ВЧ диапазоне; 3) оптимальным распределением во внешнем пространстве мощности, переизлучаемой НЧ излучателями на частоте ВЧ диапазона. Необходимо иметь в виду, что улучшение характеристик направленности МСАР в более ВЧ диапазоне не должно приводить к значительному ухудшению характеристик при работе в более НЧ диапазоне. В соответствии с перечисленными направлениями рассмотрим некоторые конкретные пути улучшения характеристик МСАР. Одним из наиболее простых способов уменьшения мощности, перехватываемой излучателями НЧ диапазона, является развязка по поляризации АР ВЧ и НЧ диапазонов. Расчеты показывают, что при взаимно ортогональной линейной поляризации в схеме САР, изображенной на рис. 6.1, влияиие НЧ вибраторов при rf Ai~2...3, 05=0,35 приводит при ео = 0 к снижению КУ приблизительно на 1% и к дополиите.и.-ным лепесткам с уровнем около -38 дБ. Эти данные получены без учета влияния системы питания и крепления в НЧ вибраторах, которая несколько увеличивает искажение характеристик МСАР в ВЧ диапазоне. При совпадающей поляризации в обоих диапазонах уменьшить затеняю!Г1ее действие НЧ излучателей можно одновременным возбуждением НЧ и ВЧ из- wiwVm ч> : Рис. 6.21 э0 70 50 30 a, Рис. 6.22 лучателей в ВЧ диапазоне [10]. Возможная схема такой МСАР показана на рис. 6.21. Подбирая подвозбужденг НЧ вибратора, можно добиться существенного уменьшения тока, наводимо, о в НЧ вибраторах в ВЧ диапазоне. На рис. 6.22 показана зависимость минимальной нормы тока в НЧ вибраторах 11Л1т(п= J от направления основного лепестка во ВЧ АР при оп- тимальном подвозбуждении НЧ вбратора в ВЧ диапазоне соответственно в одной точке (Q=l), двух (Q=2) и трех точках (Q = 3), равномерно расположенных по участку длины /=Х,/2 НЧ вибратора [10]. Норма тока /2, j соотнесена с нормой тока наводимого в НЧ вибраторах без дополнительных цепей подвозбуждения. Естественно, что при минимизации тока в НЧ вибраторах в секторе сканирования ВЧ АР необходимо менять амплитуду и фазу поля, подаваемого по дополнительным цепям возбуждения, что приводит к усложнению схемы МСАР. Изложенный способ минимизации тока в НЧ вибраторах позволяет существенно уменьшить уровень дополнительных боковых лепестков по мощности примерно в Il/l7ll/m.nll раз. Однако амплитуды подвозбуждения НЧ излучателя можно выбирать и из других условий, например, обеспечения максимума КУ в ВЧ диапазоне. На рис. 6.23,а, б показаны сравнительные характеристики ячейки периодической МСАР, изображенной на рис. 6.7,6 с оптимальным с точки зрения КУ подвозбуждеиием НЧ волновода в ВЧ диапазоне волнами типа Hio и Яго (сплошная линия) и при отсутствии такового (штриховая линия). Кривые / рис. 6.23,0,6 показывают зависимость svcosOo, а кривые 2 Г*. Как видно, за счет подвозбуждения можно существенно поднять КУ ячейки МСАР в секторе сканирования. При этом несколько уменьшается уровень дополнительных боковых лепестков. Эффективным приемом уменьшения затенения в ВЧ диапазоне является также выбор взаимного расположения НЧ и ВЧ излучателей таким образом, чтобы НЧ излучатели оказались в минимумах поля ВЧ АР [17]. Так, расчеты показали, что при смещении НЧ вибратора в базовой структуре (для которой приведены результаты расчета на рис. 6.15 - 6.17) в плоскости, параллельной плоскости ZOX, таким образом, чтобы НЧ вибратор оказался лежащим точно I г 1 VMS*,  0.7 0,6 0.S 0,3 0,2 0,1
10 )20 30 40 SO. во.град 10 20 30 iO 50 во,град 0 10 20 30 io SO e ,ipttff  Рис. 6.23 над двумя ВЧ вибраторами ячейки, уровень дополнительны.х боковых лепестков при нормальном положении луча понизился с -13,8 до -18,7 дБ, а нормированный КУ ячейки повысился с 0,82 до 0,875. Положительный эффект сохранился и в секторе сканирования ±45°. Рассмотрим вопросы уменьшения уровня дополнительных боковых лепестков в МСАР за счет неэквидистантного расположения НЧ излучателей. Физически ясно, что дополнительные боковые лепестки в МСАР появляются за счет переизлучения части мощности ВЧ диапазона НЧ излучателями. Причем при периодическом структуре расположения НЧ излучателей эта мощность сосредоточивается в направлении побочных главных максимумов диаграммы переизлучения НЧ решетки. Накладываясь на поле ВЧ АР, переизлучаемое НЧ АР поле приводит к появлению дополнительных боковых лепестков в ВЧ диапазоне в МСАР. Уровень этих лепестков можно уменьшить за счет более равномерного распределения в пространстве переиз.чучаемой ИЧ АР мощности Последнее реализуемо в конформных АР н плоских неэквидистантных .Р. Для выяв- ления основных закономерностей рассмотрим диаграмму переизлучения слабо неэквидистантной НЧ АР, излучатели которой смещены вдоль каждой из трех координат по случайному нормальному закону с дисперсией а , ау, а относительно своих средних координат, образующих регулярную сетку с периодами по осям ох и о(/, равными соответственно dx и dy. При падении на такую АР поля ВЧ АР, сфазированного в направлении 6о, фо. среднее значение множителя решетки ДН переизлучения по мощности в направлении (Эщп, фтп) /пл-го побочного лепестка 1(0; тп. фт )P = jl-exp - (2jim)2 N М Р=1 9=1 \p=lg=l / Фо)< + ехр (2я т)2 + (2л )-Г + С(ео. Фо)< (6.37) где /р, - амплитуда тока, наводимого в pq-u излучателе НЧ АР; Л, Af-число излучателей НЧ АР по оси Ох и Оу; SL(9o. Ф(.)= [/созео-зтео-созфо-р- cos Go В частности, при равномерном амплитудном распределении /р (2лт)2 + (2пя)=-Ь ;2(ео, Фо)а у Как следует из (6.38), при возрастании дисперсий ах, о\, ог н с увеличением номера тп уровень побочных главных максимумов (уровень дополнительных боковых лепестков) уменьшается, однако появляется фоновая составляющая бокового излучения. На рис. 6.24 представлены графики зависимости подавления /п-го дополнительного бокового лепестка от параметра moxldx для линейной МСАР (Л=1, a\=ah = 0. /pi = l). Как видно, даже для относительно небольшого числа излучателей М>10 можно осуществить ощутимое подавление побочных максимумов. Для плоских случайно иеэквидистантных МСАР при 02 = 0 качественная картина по- (6.38) 0,3 твхМх
давления дополнительных лепестков не меняется. При введении неэквидистантности по оси 0Z уровень подавления начинает зависеть от направления основного лепестка, что можно использовать для весового подавления боковых лепестков в заданном секторе сканирования. Отметим, что приводимые зависимости при больших значениях Oxidx характеризуют потенциально допустимый уровень подавления в МСАР с большим числом излучателей. При относительно небольшом числе излучателей средняя ДН может существенно отличаться от ДН конкретной реализации и для достижения требуемого уровня подавления надо подбирать конкретную реализацию неэквидистантной МСАР. Аналогичные эффекты уменьшения уровня дополнительных боковых лепестков наблюдаются и при размещении излучателей НЧ АР по некоторой выпуклой поверхности. Форма излучающей поверхности ВЧ АР при этом не имеет особого значения. Таким образом, можно утверждать, что сканирующие многочастотные совмещенные АР являются перспективным классо.м многоканальных антенн, позволяющим существенно расширить их функциональные возможности. Однако совмещение в одном раскрыве нескольких разночастотных АР приводит к взаимному изменению их характеристик, направленности, особенно в ВЧ диапазонах. В частности, из-за рассеяния поля ВЧ диапазона излучателями более НЧ диапазонов снижается КУ в ВЧ диапазоне, изменяется согласование излучателей, появляются специфические дополнительные боковые лепестки, сужается сектор сканирования.. Известен ряд способов, позволяющих уменьшить отрицательные эффекты взаимолействпя газночастотных излучателей в МСАР и улучптть их характеристики направленности. В табл. 6.1 приведены некоторые интегральные характеристики двухчастотных периодических вибраторно-вибраторных и волноводно-волноводных совмещенных ФАР с соотношением частот fi/f2 = 2, полученные в результате численного анализа рассмотренных выше электродинамических моделей МСАР и характеризующие потенциальные возможности этого класса антенн. Можно видеть, что даже без применения специальных мер уменьшения взаимодействия в МСАР, приведенных в § 6.4, только за счет выбора структуры и согласующих элементов возможно получение значительных секторов скаЕПфОвания в обоих частотных диапазонах с приемлемыми диапазонными свойствами. При значительном соотношении частот /i/72>4... 5 наиболее перспективными оказываются схемы совмещения с резонансными типами излучателей в НЧ диапазоне. При этом с увеличением Ulfi уменьшаются искажения характеристик в САР. Используя результаты табл. 6.1 для вибраторно-вибраторных САР и соотношения (6.32) -(6.36), нетрудно установить уровень искажений в таких МСАР при произвольном соотношении частот. Таким образом, разработанные алгоритмы позволяют проектировать МСАР с характеристиками, приближающимися к характеристикам обычных несовмещенных ФАР.  = g и g-c a> a; p>i S Ч 5 ь; ё 5 3 о 5 ¥ ?i =S.s о й =: и к тс ь о. и л ж о с о ° Я L% я X а Шита 4 о э-0) й >. 5 в Я йод о ж га сз М л--ч raSS. 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||