|
| |
|
Слаботочка Книги  Рис. 10.1 Рис. 10.2 зеркала открытого резонатора, служащую экраном, нанесен слой диэлектрика 4) выполняющий роль подложки излучателя. Между экраном и излучающей полоской 5 включен диод Ган-на 6. Выходной сигнал снимается при помощи волновода 3, подключенного ко второму зеркалу. Частота генерируемых колебаний зависит от параметров НЭ, полосковых излучателей, а также от характера взаимных связей между излучателями. Открытый резонатор выполняет роль фильтра, настроенного на рабочую частоту колебаний. От характеристик этого фильтра зависит полоса пропускания устройства и уровень побочных излучений, порождаемых НЭ. На рис. 10.3 приведен фрагмент АР с НЭ, используемой в одной из систем миллиметрового диапазона [10.5 . Решетка выполнена по микрополоско-вой технологии. На рисунке: 1 - микрополосковые излучатели; 2 - диоды Шоттки; 3 - выход низкочастотного сигнала; 4 - низкочастотные фильтры; 5 - металлический экран. Характерной особенностью данной антенной решетки является непосредственное включение НЭ в ее структуру для  Рис. 10.3 уменьшения потерь в высокочастотной части решетки - линиях передачи, цепях согласования и т.д. Однако такое включение привело к существенному влиянию параметров НЭ на характеристики всей АР. излучатель выпрямительная схема Рис. 10.4 Весьма специфичный тип антенн с НЭ - антенны-выпрямители (ректен-ны), являющиеся одним из основных узлов в различных системах передачи энергии на СВЧ. Ректенна представляет собой антенную решетку из большого числа приемно-выпрямительных элементов (ПВЭ). Каждый ПВЭ в общем случае содержит (рис. 10.4) излучатель, выпрямительную схему, фи.11ьтр нижних частот (ФНЧ), фильтр постоянного тока (ФПТ) и нагрузку Ri. Выходы всех ПВЭ соединены схемой сбора мощности постоянного тока. Основным параметром ректенны является КПД преобразования СВЧ энергии в энергию постоянного тока. Помимо определения КПД весьма важным при рассмотрении ректенны является анализ структуры рассеянного рек-тенной поля - его спектральный состав и угловое распределение. При тех больших уровнях мощности, которые ожидаются для систем, использующих крупные ректенны, рассеянное поле будет сказываться не только на электромагнитной обстановке, но может быть и фактором, влияющим на экологию окружающей среды. Обратимся теперь к антеннам, в которых нелинейность входящих в их состав элементов является следствием соответствующего режима работы этих элементов. Характерными примерами подобных антенн являются слабонаправленные активные антенны [10.7] и активные ФАР [10.2]. В первом случае активные элементы включаются, как правило, для улучшения габаритно-весовых характеристик антенн, расширения их полосы пропускания и т.п. Во втором случае активные элементы используются для усиления колебаний и обычно функционируют в линейном режиме. В обоих случаях нелинейность характеристик реальных активных элементов может явиться причиной возникновения вредных нелинейных эффектов, влияющих как на параметры самой антенны, так и на окружающую электромагнитную обстановку. Важно отметить, что и в антеннах с активными элементами, так же, как и в рассмотренных ранее примерах антенн с НЭ нелинейные эффекты будут зависеть от характеристик излучающей системы и влиять на выходные параметры антенны. Таким образом, и в этих случаях возникающие нелинейные эффекты имеют антенную окраску, т.е. имеем дело с НЭА. Независимо от того, являются ли источником НЭА входящие в состав устройства специально встроенные нелинейные элементы или НЭА являются следствием неблагоприятного режима работы активных элементов устройства, целесообразно оба указанных типа устройств рассматривать как единый класс - класс антенн с нелинейными элементами (АНЭ). 10.2. Общая характеристика нелинейных эффектов в антеннах Как уже отмечалось выше, наличие элементов с нелинейными характеристиками проявляется в антенне двояко. Во-первых, в отклике антенны появляются новые спектральные составляющие. Во-вторых, в отличие от линейных систем возникает зависимость характеристик антенны от уровня входного (внешнего) воздействия. Рассмотрим подробнее эти две группы эффектов. Появление в отклике антенны новых спектральных составляющих лежит в основе работы ряда указанных выше типов АНЭ, а также средств нелинейной радиолокации. Вместе с тем, в ряде случаев оно проявляется в виде вредного побочного излучения на гармониках основного сигнала и на комбинационных частотах. Излучение на комбинационных частотах может иметь место как в многочастотных передающих, так и в одночастот-ных (передающих или приемных) антеннах с нелинейностями, если на них наряду с основным сигналом действует сигнал помехи. Характер диаграммы направленности на частотах побочных излучений определяется особенностями антеины - местом включения НЭ и их параметрами, параметрами системы излучателей и т.п. В зависимости от этих факторов ДН на частотах побочных излучений могут быть как остронаправленными с ярко выраженным главным лепестком, так и слабонаправленными, с коэффициентом направленного действия (КНД), близким к единице 10.8]. В приемных антеннах при наличии нелинейных элементов возможно образование побочных каналов приема, если сигналы с комбинационными частотами попадают в полосу пропус- Не менее важным для АНЭ являются и эффекты, связанные с зависимостью их характеристик от уровня входного воздействия. Так, например, если в усилителях, включенных в тракты излучателей приемной активной ФАР (АФАР), имеет место ограничение амплитуды сигналов, например из-за узкого динамического диапазона усилителей, то происходит расширение главного лепестка ДН и увеличение уровня боковых лепестков, т.е. форма ДН изменяется с изменением уровня входного сигнала. Для приемной АНЭ, кроме того, наблюдается нелинейная зависимость отношения сигнал-помеха на выходе антенны как от уровня полезного сигнала, так и от уровня сигна- ла помехи 10.9 кания приемного тракта 10.9 Все это влечет за собой необходимость расчета выходных параметров АНЭ на любой из частот (основной, гармониках, комбинационных) для разных уровней входного воздействия. В ряде случаев оказывается важным выбирать схему АНЭ и ее режим в соответствии с внешними условиями работы антенны. Из сказанного выше ясно, что НЭА могут быть полезными, необходимыми для работы, и вредными: появление побочного излучения; изменение характеристик антенны на основной частоте; образование побочных каналов приема. Важно отметить, что НЭА, степень и особенности их проявления зависят от конкретной конструкции АНЭ, взаимосвязи с ее излучателями, характеристик НЭ, места их включения, режима работы антенны и т.д. Это видно из приведенных ниже рисунков, иллюстрирующих характер побочного излучения приемной АР из трех полуволновых вибраторов, расположенной над металлическим экраном 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 63 64 65 66 67 68 [69] 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 |