09 марта 2016г.
Проведен анализ характеристик волноводных и рупорных излучателей в составе конечной решетки. Исследованы их направленные свойства и КСВ в зависимости от угла сканирования, положения излучателя в массиве и типа сетки расположения излучателей. Приведены результаты численных исследований.
Постановка задачи. Дана антенна (см. Рисунок 1 а, б) в виде конечной периодической решетки волноводов с размерами раскрывов a ´ b (a=20мм,b=8мм). Высота согласующих рупоров H=6.5мм, расстояния между излучателями по оси x и y – a1=1мм и b1=4мм соответственно. Периоды – Tx=a+a1 и Ty=b+b1 Волноводы возбуждаются основным типом волны с поэлементным набегом фазы y x = kTx sinq0 cosj0 ; y y = kTy sinq0 sinj0 . Необходимо исследовать влияние угла сканированияq 0 на КСВ в питающих трактах,форму ДН F(q ,j) и КУ АР при использовании волноводной и рупорной решѐток с прямоугольной и треугольной сетками расположения элементов
Результаты решения. Рассмотрим диаграммы
направленности решеток изображенных на Рисунке
1 (а,б) при различных углах сканирования на частоте 12 ГГц. На Рисунке
2 сплошной линией обозначены ДН решетки на основе волноводов, пунктирной – на основе
рупоров.
В случае волноводной решетки
видно, что при увеличении угла сканирования q0 уровень излучения главного лепестка
падает, а боковой лепесток пропорционально растѐт, причѐм при q0 =40° УБЛ уже превышает уровень излучения главного
лепестка. Для рупорной
решѐтки вид зависимости сохраняется.
Рассмотрим зависимость КСВ от типа излучателя и его расположения в решѐтке
при отсутствии сканирования. На Рисунке 3 изображены
зависимости КСВ от частоты для волноводных (кривая 1) и рупорных (кривая 2) излучателей для крайнего (кривые 1а и 2а) и центрального элементов (кривые
1б и 2б).
Видно, что использование рупорных излучателей позволило получить КСВ не хуже 1.6 в полосе 10-16 ГГц, против КСВ не хуже 2 в полосе 8-16 ГГц для волноводных излучателей. Излучатели на краю решѐтки в силу меньшего взаимного взаимодействия с другими элементами имеют КСВ в общем случае ниже,
чем у центральных
излучателей.
Рассмотрим влияние угла сканирования q0 на КСВ в решѐтке. На Рисунке 4 представлена зависимость
q КСВ от частоты
при углах сканирования 0 =0°-90° с шагом 5°. Семейства кривых 1 и 2 обозначают зависимости
КСВ для волноводной и рупорной решѐток соответственно. Наибольший разброс уровня КСВ заметен в верхней области частот,
но и там он не превышает
0.13 абсолютных единиц.
ДН АР
изображенных
на Рисунке
5
при
различных
значениях
угла сканирования (частота 12 ГГц) приведены на Рисунке 6. Сплошной линией обозначены ДН решетки
на основе волноводов, пунктирной – на основе рупоров.
Числа на стрелках
обозначают значения угла сканирования q0 в градусах.
Очевидным преимуществом использования треугольной решетки является малый
уровень боковых лепестков, однако в этом случае особенно
проявляется то, что с увеличением угла сканирования растет отклонение максимума
излучения в меньшую сторону
от ожидаемого. Для решѐтки рупорных
излучателей этот эффект выражен менее ярко, чем для волноводных, но уже при ожидаемом
угле сканирования 40° отклонение достигает величины около 5°.
Зависимости КСВ от угла сканирования и положения элемента в решетке
сохраняются неизменными при таком изменении сетки расположения элементов решетки.
По итогам данной работы можно сделать
вывод о целесообразности применения именно треугольной решѐтки излучателей вместо прямоугольной ввиду значительного улучшения направленных свойств при незначительном ухудшении согласования. При использовании треугольной решѐтки рекомендуется надстройка
согласующих элементов на раскрывы волноводов, так как это приводит
к ощутимого улучшению
согласования и качественному изменению
ДН. Однако при этом несколько сужается
полоса рабочих частот АР.
Список литературы
1.
Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток// М.: «Мир», 1974. — 456с.
2.
Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терѐшин О.Н. Антенны УКВ. Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. Ч. 1. М.:»Связь», 1977, 384 с.
3. Привалова Т.Ю., Синявский
Г.П., Юханов Ю.В. Характеристики конечной решетки плоскопараллельных волноводов//
Успехи современной радиоэлектроники, №4, 2006г, с. 40-46
4.
Привалова Т.Ю., Юханов Ю.В. Рассеяние
Н-поляризованной волны на решетке плоскопараллельных волноводов// Материалы Международной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ» ИРЭМВ-2005. Таганрог, Россия, июнь 20-26, 2005. С. 290-292.
5.
Привалова Т.Ю., Юханов
Ю.В. Лесов В.А. Характеристики излучения волноводных и рупорных излучателей в составе
бесконечной решетки
// Материалы Международной конференции «Излучение и рассеяние ЭМВ» ИРЭМВ-2013. Дивноморское, Россия,
июнь 20-26, 2013. С. 62-67.
