ГлавнаяКарта сайтаНапишите намПоиск по сайту
EDS-Soft
ElectroDynamic Systems Software ScientificTM
Antenna Systems ResearchTM



Antenna Array


Коэффициент направленного действия антенны (КНД)

Отношение мощности излучения гипотетической ненаправленной антенны с F(θ,φ)=1 к мощности излучения в максимуме диаграммы направленности заданной направленной антенны …

(из «Словаря терминов» нашего сайта)






Владимир Сергеевич Филиппов, профессор кафедры радиофизики, антенн и микроволновой техники МАИ (г. Москва), доктор технических наук.


Виктор Иванович Чулков, ведущий научный сотрудник Калужского НИИ.
Является автором и руководителем проекта “EDS–Soft” (с 2002 года).

Характеристики коаксиальных волноводных излучателей в плоских ФАР



Опубликовано: 08.08.2003
Оригинал: Радиотехника (Москва), 1990, №2, с.76...78
© В. С. Филиппов, В. И. Чулков, 1990. Все права защищены.
© EDS–Soft, 2003. Все права защищены.


В качестве излучателей фазированных антенных решеток (ФАР) используются прямоугольные и круглые волноводы [1]. Представляют интерес решетки из открытых концов коаксиальных волноводов, возбуждаемых волной . Такие волноводы, обладая достаточно высокой рабочей мощностью, имеют значительно меньшие по сравнению с указанными выше излучателями размеры поперечного сечения, что позволяет реализовать сканирование в широком секторе углов без заполнения волноводов диэлектриком. Методы математического моделирования волноводных ФАР хорошо разработаны [1]. Имеется большое число работ, посвященных исследованию решеток с излучателями в виде открытых концов круглых и прямоугольных волноводов, а также волноводов с более сложной формой поперечного сечения. Однако практически отсутствуют работы, в которых были бы представлены результаты численного исследования характеристик ФАР с коаксиальными волноводными излучателями.

Цель статьи — исследование характеристик сканирования, возможностей согласования указанных излучателей на основе использования особенностей конструкции, а также традиционных методов, например с помощью диэлектрических вставок.

При разработке математической модели ФАР с коаксиальными волноводными излучателями применялась методика, изложенная в [1]. Указанная математическая модель реализована в виде программы GuidesArray Coaxial. Ниже приводятся результаты численного эксперимента.

Рис.1

Рис.2

На рис.1 представлено семейство кривых зависимости коэффициентов отражения на входе излучателя от радиуса внешнего проводника коаксиального волновода. Указанное семейство соответствует решетке с излучателями, расположенными в узлах квадратной сетки. Параметром семейства является радиус внутреннего проводника коаксиального волновода. Шаг решетки = = 0,7142. Направление фазирования совпадает с направлением нормали к плоскости решетки. Из графиков следует, что практически полное согласование может быть получено без использования каких-либо дополнительных элементов только лишь за счет соответствующего выбора величин и . При любом значении существует оптимальное значение , минимизирующее коэффициент отражения. Погрешность вычислений, установленная по внутренней сходимости численной процедуры, не превышает 1…3% при использовании для описания поля в раскрыве коаксиального волновода базисных функций, соответствующих волнам Т, , , . (В дальнейшем, при описании результатов численного эксперимента, указываются те собственные волны коаксиального волновода, учет которых обеспечивал указанную точность.)

На рис.2 даны парциальные диаграммы направленности коаксиальных волноводных излучателей в Е- и H-плоскостях (кривые 1 и 2 соответственно) в решетке с треугольной сеткой размещения излучающих элементов. Шаг решетки d=0,7142. Размеры коаксиальных волноводов =0,14, =0,34. В коаксиальных волноводных излучателях при вычислении учитывались волны Т, , . Стрелками на рис.2 отмечены направления фазирования, при которых дифракционные максимумы высших порядков находятся на границе действительных и мнимых углов. Из графиков следует, что направление ослепления решетки в плоскости Н смещено относительно указанного выше направления в сторону нормали. Это смещение, как показывает численный эксперимент, обусловлено возбуждением в области раскрыва волновода волны , находящейся в закритическом режиме. Если эта волна исключается из числа учитываемых волноводных волн, то направление ослепления решетки совмещается с направлением фазирования, при котором дифракционный максимум находится на границе действительных и мнимых углов (кривая 3). В рассматриваемой плоскости шаг решетки меньше . Возбуждение волны эквивалентно включению реактивной нагрузки в месте расположения волноводов. Указанные нагрузки и экран образуют структуру, способную поддерживать поверхностные волны, что и вызывает смещение направления ослепления в сторону нормали.

Рис.3

Рис.4

На рис.3 приведены кривые зависимости коэффициента отражения от угла сканирования в Е- и H-плоскостях (кривые 1 и 2 соответственно) при согласовании излучателей диэлектрическими вставками в направлении нормали и под углом 30° относительно нормали (кривая 3), а также зависимость амплитуды Т-волны, возникающей на раскрыве волновода, отнесенной к амплитуде падающей волны (кривая 4). Кривым 1 и 2 соответствуют вставки толщиной t=0,142, расположенные на расстоянии l=0,2121 от раскрыва волноводов. Диэлектрическая проницаемость вставок =3,376. До согласования коэффициент отражения в направлении нормали к плоскости решетки |R|=0,622. Кривой 3 соответствует вставка с параметрами t=0,1185, l=0,2166, =4,729. До согласования коэффициент отражения в направлении согласования |R|=0,721. Указанные кривые соответствуют треугольной сетке размещения излучателей с шагом d=0,7142, размеры коаксиального волновода =0,275, =0,33. Учитывались волны T, , . Как показал численный эксперимент, наличие диэлектрических вставок привело к тому, что смещение направления ослепления к нормали в H-плоскости практически отсутствует и ослепление решетки наступает при совпадении направления дифракционного максимума с границей действительных и мнимых углов. Из графиков рис.3 следует, что диэлектрические вставки обеспечивают эффективное согласование, как и в решетках с круглыми или прямоугольными волноводами. Однако в данном случае вставки могут быть использованы одновременно и как конструктивные элементы, поддерживающие центральный проводник коаксиального волновода.

На рис. 4 представлены графики зависимости модулей коэффициентов отражения , волн , обеспечивающих круговую поляризацию поля излучения решетки при фазировании в направлении нормали (кривые 1,2), а также зависимости коэффициента эллиптичности (кривая 3) и угла наклона поляризационного эллипса (кривая 4) от направления сканирования для решетки с треугольной сеткой расположения излучателей. Шаг излучателей d=0,7142, размеры коаксиальных волноводов =0,14, =0,34. Учитывались волноводные волны Т, , . Плоскость сканирования соответствует Е- или H-плоскости излучателя, возбуждаемого волнами, коэффициенты отражения которых и , соответственно. Из графиков следует, что при выбранной геометрии решетки снижение коэффициента эллиптичности до -3 дБ происходит при отклонении луча от нормали к плоскости решетки на 40°.

Выводы.

Результаты численного эксперимента подтверждают возможность эффективного использования коаксиальных волноводных излучателей в качестве излучающих элементов ФАР.

Использованная литература

1. Амитей Н., Галиндо В., By Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток.— М.: Мир, 1974.

Статьи за 2003 год

Все статьи

GuidesArray Coaxial 0.1.2

GuidesArray Coaxial™ используется инженерами для проектирования и исследования характеристик плоских периодических фазированных антенных решеток коаксиальных волноводов.


Подписка



Изменение параметров подписки