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






Волновод

Искусственный или естественный канал, способный поддерживать распространяющиеся вдоль него волны, поля которых сосредоточены внутри канала …

(из «Словаря терминов» нашего сайта)






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


Дмитрий Витальевич Татарников, профессор кафедры радиофизики, антенн и микроволновой техники МАИ (г. Москва), доктор технических наук.
1/ 2/ 3все страницы

Краевые волны и характеристики щелевой ФАР



Опубликовано: 05.02.2006
Оригинал: Изв. вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника (Москва), 1986, №2, с.41...46
© В. С. Филиппов, Д. В. Татарников, 1986. Все права защищены.
© EDS–Soft, 2006. Все права защищены.


Концепция краевых волн дает наглядные результаты и позволяет выполнить качественный анализ краевых эффектов. Кроме того, выделение краевых волн открывает возможность анализа причин искажения характеристик конечных решеток, возникающих при сканировании.

Основные факторы, действующие в конечных антенных решетках, удобнее выделить при анализе характеристик простейшей антенной решетки, в качестве которой была выбрана решетка бесконечных узких параллельных щелей. Некоторые характеристики краевых волн в такой решетке рассматриваются в [2].

Из уравнений (4), (5) следует, что краевые волны возбуждаются фиктивными источниками, дополняющими регулярную часть токов конечной решетки до токов бесконечной решетки соответствующих парциальному возбуждению .

Рис.1

На рис. 1,а показана зависимость регулярной части эквивалентных магнитных токов щелей полубесконечной антенной решетки от направления фазирования (кривая 1). Форма этой кривой типична для бесконечной ФАР. Амплитуда тока обращается в нуль при переходе дифракционного максимума через границу действительных и мнимых углов. Здесь же (кривая 2) показана соответствующая зависимость амплитуды поля фиктивных источников и возбуждаемой ими краевой волны (кривая 3). Из графиков следует, что при выбранном значении шага (T/=0,7) в одном из направлений фазирования, при которых наступает «ослепление» решетки и регулярная часть тока щелей обращается в нуль, амплитуда поля фиктивных источников максимальна, а вместе с ней максимальна и амплитуда краевой волны. В другом из указанных направлений регулярная часть тока, а также амплитуда краевой волны и поля фиктивных источников, обращается в нуль. Первое направление соответствует отклонению луча от нормали в сторону фиктивных источников, когда дифракционный максимум поля излучения фиктивных источников направлен вдоль экрана в сторону щелевой решетки.

Второе направление соответствует отклонению луча от нормали в сторону щелевой решетки, когда дифракционный максимум поля фиктивных источников также направлен вдоль экрана, но в противоположном направлении — от щелевой решетки. Таким образом, при фазировании конечной антенной решетки в направлениях ослепления соответствующей бесконечной решетки регулярная часть тока обращается в нуль и в решетке возбуждаются только лишь токи краевых волн.

Как было показано в [2], краевая волна обладает устойчивыми характеристиками независимо от вида возбуждения решетки. На рис. 1,б представлены графики, характеризующие зависимость тока краевой волны от расстояния до границы полубесконечного излучающего полотна при возбуждении крайней (1) и десятой щели (2), а также в равномерно возбужденной решетке (3) при фазировании вне некоторого сектора углов около направления «ослепления». Из сравнения графиков следует, что в каждом из указанных случаев возбуждаются одинаковые краевые волны.

Краевые эффекты в конечной щелевой решетке представляют собой результат интерференции не только краевых волн и регулярной части тока, но и интерференции краевых волн, возбуждаемых противоположными краями излучающего полотна. Краевые волны, достигая границы излучающего полотна, претерпевают отражение и результирующие краевые волны в конечных антенных решетках представляют собой суперпозицию волн, возникающих при многократных переотражениях.

На рис. 1,в показан процесс переотражения краевой волны, возбуждаемой одним из краев решеток с числом излучателей N=2 (кривая 1), N=5 (кривая 2) и N=10 (кривая 3). Из графиков следует, что коэффициент отражения краевой волны практически не зависит от числа излучателей в решетке и по модулю не превышает 0,2.

В решетке с числом излучателей N>5 отличие амплитуды краевой волны от соответствующей величины в полубесконечной решетке составляет не более 4%. Поэтому в таких решетках переотражение краевых волн можно не учитывать. Амплитуда краевой волны быстро убывает при удалении от края решетки и при N>5 интерференция краевых волн, возбуждаемых противоположными краями решетки, практически отсутствует.

Диаграмма направленности излучателя в решетке, элементы которой нагружены на согласованные нагрузки, представляет собой сумму диаграмм направленности регулярной части тока и тока краевых волн. Поскольку в решетке без диэлектрического покрытия фазовая скорость краевой волны равна скорости света в среде над решеткой, то направление максимумов излучения определяется выражением

(12)

При шаге решетки T/<0,5 единственный максимум излучения краевой волны ориентирован вдоль плоскости решетки. У решеток с шагом 0,5<T/<1 излучения краевой волны имеет два максимума (рис. 2,а, кривая 1), один из которых направлен вдоль плоскости решетки, а другой под углом

(13)

относительно нормали, совпадающим с направлением «ослепления», бесконечной решетки. Знаки перед правыми частями равенств (12), (13) соответствуют краевым волнам, возбуждаемым каждым из двух краев конечной щелевой решетки. Регулярной части тока в полубесконечной антенной решетке соответствует несимметричная диаграмма направленности, несимметрия которой уменьшается при увеличении расстояния от края до возбуждаемого излучателя. На рис. 2,а представлена диаграмма направленности регулярной части тока, индуцированного в щелевой полубесконечной решетке при возбуждении крайнего излучателя (кривая 2), и диаграмма направленности крайнего элемента (кривая 3), включающая в себя излучение краевой волны. Из сравнения графиков следует, что краевая волна вносит небольшой вклад в диаграмму направленности крайнего элемента в области провала и направлении плоскости экрана. Этот вклад быстро уменьшается при увеличении расстояния между краем излучающего полотна и возбуждаемым элементом решетки. Поэтому диаграмма направленности излучателя в решетке достаточно точно описывается регулярной частью тока.

Рис.2

На рис. 2,б (кривая 1) представлена диаграмма направленности решетки, состоящей из одиннадцати элементов, максимум которой отклонен от направления нормали на угол =18,5°. Распределение амплитуд волн, возбуждающих щелевые излучатели, определяется функцией

(14)

где — число излучателей в решетке; k — номер излучателя. Наличие краевой волны сказывается лишь на некоторых деталях структуры диаграммы направленности. В основном излучение краевой волны приводит к заплыванию нулей. Однако диаграмма направленности регулярной части тока (кривая 2) существенно отличается от диаграммы направленности решетки с амплитудным распределением (14). Уровень боковых лепестков составляет -26 дБ вместо -32 дБ. Это обусловлено тем, что парциальные возбуждения, из которых образуется амплитудное распределение (14)

(15)

где

(16)

имеют неодинаковые фазовые распределения. Несовпадение фазовых распределений приводит к различным коэффициентам отражения в бесконечной решетке и изменению соотношения между индуцированными токами по сравнению с (16). Изменения фазы между соседними излучателями, соответствующие парциальным возбуждениям (16), определяются выражениями:

(17)

1/ 2/ 3все страницы

Использованная литература

1. Машков В.А., Хзмалян А. Д., Чаплин А. Ф. Итерационный метод анализа линейных и плоских антенных решеток с использованием БПФ.— Изв. Вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника, 1978, т. 21, № 2, с.55...61.
2. Филиппов В.С. Краевые волны в конечных антенных решетках.— Изв. вузов MB и ССО СССР. Радиоэлектроника, 1985, т. 28, № 2, с.61...67.
3. Антенны и устройства СВЧ. // Под ред. Д.И.Воскресенского.— М.: Радио и связь, 1981.— 431с.

Статьи за 2006 год

Все статьи

GuidesArray Rectangular 0.2.14

GuidesArray Rectangular™ позволяет быстро провести инженерные расчеты двумерных фазированных антенных решеток прямоугольных волноводов на электродинамическом уровне.


Подписка



Изменение параметров подписки


 




 
 
EDS-Soft

© 2002-2021 | EDS-Soft
Контакты | Правовая информация | Поиск | Карта сайта

© дизайн сайта | Андрей Азаров