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



Antenna Array


Дальняя зона антенны

Зона, расположенная на расстоянии более ста длин волны, на которой работает антенна.

(из «Словаря терминов» нашего сайта)






Виктор Иванович Чулков, ведущий научный сотрудник Калужского НИИ.
Является автором и руководителем проекта “EDS–Soft” (с 2002 года).
12/ 3/ все страницы

Исследование импедансных свойств приемной решетки прямоугольных волноводов



Опубликовано: 14.12.2006
© В. И. Чулков, 1990. Все права защищены.
© EDS–Soft, 2006. Все права защищены.


Переход высших типов волн через соответствующие им частоты среза, не приводит, в отличие от волн и , к резким изменениям в поведении электромагнитного поля вблизи отверстия связи, поэтому модуль импеданса Z ведет себя достаточно плавно, не опускаясь ниже 660 Ом в двукратной полосе частот. Установлено также, что основной вклад в формирование поля вносит только основная волноводная волна и ближайшая к ней, в то время как вклад других волн (в том числе закритических) пренебрежимо мал.

На рис.3б показано рассчитанное на ПЭВМ поведение действительной и мнимой частей входного сопротивления ЛИ АР, расположенного на расстоянии 0.125 от волновода с указанными выше размерами. Расчет выполнен при условии, что импеданс Z распределен равномерно по периоду решетки и имеет переменную по частоте величину (рис.3а), по формулам работы [1], в которых = 0, . Излучатель имеет длину l = = 0.2, ширину 0.045 и возбуждается −генератором. Решетка сфазирована в направлении нормали. Из рисунка следует, что в полосе частот с перекрытием 1.7 излучатель может быть хорошо согласован с фидерной линией.

Как показал численный эксперимент, использование более одного волновода в периоде АР не позволяет существенно улучшить поведение импеданса Z.

С целью выяснения предельных возможностей докритического волновода в получении требуемого поверхностного импеданса, была проведена оптимизация волноводной решетки. В качестве параметров оптимизации использовались: диэлектрическая проницаемость волновода и его размеры a, b и диэлектрическая проницаемость и толщина t диэлектрического покрытия. При этом = t, а все магнитные проницаемости выбирались равными единице. В качестве целевой взята функция

(4)

для минимизации которой был использован метод локальных вариаций [4]. В выражении (4) — частота в i-той точке диапазона, — требуемая величина импеданса, x = y = 0. Для двукратной полосы частот при M = 10, = 900 Ом, периоде АР = = 0.2 и нормально падающей плоской волне результаты оптимизации оказались следующими: = 7.89, a = 0.19 , b = 0.2, = 1.247, t = 0.127. При этом импеданс Z брался в точке x = y = 0. Поведение оптимизированной структуры в полосе частот иллюстрирует рис.4. В прямоугольном волноводе учитывались волны: , , , , , , , .

Рис.4 Поведение модуля (кривая 1), действительной части (кривая 2) и мнимой части (кривая 3) поверхностного импеданса оптимизированной структуры «покрытие — решетка прямоугольных волноводов» в полосе частот .

Представляет практический интерес решение задачи определения характеристик излучения и согласования ЛИ, расположенного в плоскости z = t (т.е. на покрытии оптимизированной решетки волноводов). С этой целью была получена и численно решена система операторных уравнений относительно электрического тока на ЛИ и магнитного тока в отверстии связи:

(5)

где — поверхность ЛИ, — площадь отверстия связи, — поперечный электрический тензор Грина [1], тензор — определяется выражением (2), а остальные тензоры равны:

причем оператор rot действует на нештрихованные координаты в соответствии с правилами тензорного анализа. Коэффициент = 0, а — определяется из решения граничной задачи для i-той гармоники Флоке в плоскости z = t.

Рис.5 ДН (a) и модуль коэффициента отражения (b) ЛИ, расположенного в АР над оптимизированной импедансной структурой из прямоугольного волновода и диэлектрического покрытия, в полосе частот (1 — f = , 2 — f = 1.25, 3 — f = 1.5, 4 — f = 1.75, 5 — f = 2).

Для ЛИ длиной l = = 0.2, ориентированного вдоль оси OY, на рис.5а и 5б приведены диаграммы направленности (рис.5а) и модули коэфициентов отражения (рис.5б) в H−плоскости в зависимости от частоты. Излучатели полностью согласованы в направлении нормали к решетке на средней частоте (кривая 3). Используемая оптимизированная импедансная структура поддерживает хорошую работоспособность ЛИ в полосе частот с перекрытием 2:1 и секторе углов ±55°, причем, как видно из рис.6, суммарная активная мощность, прошедшая в прямоугольный волновод, не превышает 0.33 от мощности возбуждения ЛИ.

Рис.6 Отношение активной мощности, прошедшей в прямоугольный докритический волновод () к мощности возбуждения ЛИ () в секторе углов в H-плоскости излучателя в полосе частот (1 — f = , 2 — f = 1.25, 3 — f = 1.5, 4 — f = 1.75, 5 — f = 2).

В заключение можно сделать следующие выводы:

— Построена магнитная тензорная функция Грина уравнений Максвелла для произвольной области единичной ячейки периодической структуры;

— Построена математическая модель ЛИ, находящегося в составе бесконечной АР и размещенного над произвольным числом волноводов (не обязательно прямоугольного сечения) с диэлектрическими вставками и покрытиями;

— Применение решетки запредельных прямоугольных волноводов не позволяет получить вблизи АР большой по модулю величины поверхностного импеданса ни при какой геометрии решетки и волноводов;

— При использовании решетки докритических волноводов, частота среза основной волны которых равна примерно 0.96, удается получить поверхностный импеданс, обеспечивающий как минимум двукратную полосу частот и сектор ±55° для ЛИ, размещаемых на этой поверхности.


12/ 3/ все страницы

Использованная литература

1. Чулков В.И. Использование ленточных излучателей в антенных решетках.— Радиотехника и электроника, 1992, № 5, с.834…840.
2. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ фазированных антенных решеток.—– М.: Мир, 1974.— 345 c.
3. Марков Г.Т., Чаплин А.Ф. Возбуждение электромагнитных волн.— M.: Радио и связь, 1983.— 295 c.
4. Полак Э. Численные методы оптимизации.— М.: Мир, 1974.

Статьи за 2006 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


 




 
 
EDS-Soft

© 2002-2024 | EDS-Soft
Контакты | Правовая информация | Поиск | Карта сайта

© дизайн сайта | Андрей Азаров