7.2. Линейные и плоские полосковые антенные решетки

На рис. 7.6 показаны три возможных варианта схем питания излучателей на примере линейных антенных решеток: а — последовательная, в которой все излучатели последовательно во времени возбуждаются ЭМВ, распространяющейся в питающей ЛП; б — параллельная, обеспечивающая синфазное возбуждение всех излучателей независимо от частоты; в — комбинированная [9, 26—28].

Последовательная схема получается наиболее компактной и вносит наименьшие тепловые потери и потери на паразитное излучение; однако в силу известных принципов при этом соседние элементы возбуждаются с частотно-зависимым фазовым сдвигом, что приводит к сканированию ДН решетки при изменении частоту в плоскости, проходящей через ось АР и перпендикулярной плоскости расположения элементов.

Параллельная схема при изменении частоты входных колебаний обеспечивает постоянство направления максимального излучения, однако является более громоздкой, занимает больше места, характеризуется повышенными потерями — как тепловыми, так и за счет излучения неоднородностей в питающих ЛП (поворотов и т.п.), из-за паразитного излучения с кроссполяризацией. Удобна для реализации спадающих амплитудных распределений путем использования делителей с неравным делением мощности.

а б в

Рис. 7.6. Схемы питания излучателей в полосковых антенных решетках

Комбинированная схема имеет промежуточные характеристики, сочетая в сeбе достоинства и недостатки последовательной и параллельной схем.

В заключение рассмотрим два примера практических конструкций плоских АР из полосковых резонаторных излучателей, рассчитанных для работы на средней частоте порядка 24 ГГц в радиоволновых охранных извещателях [31] и доплеровских измерителях скорости (например, в радарах комплексов контроля дорожного движения) [32]. На рис. 7.7 показано: а — ПАР с комбинированным питанием; б — ПАР с параллельным питанием.

Обе АР обеспечивают излучение с линейной поляризацией по нормали к плоскости раскрыва. Размеры раскрыва антенны (а) 6,4х6,4 см², ширина ДН в главных плоскостях около 12˚. Коэффициент усиления G=17,7 дБ и оказывается значительно ниже максимального КНД для указанных размеров раскрыва, поскольку эффективность решетки составляет всего около 20 %. В свою очередь, столь низкая эффективность обусловлена низким КПД. Здесь важно отметить общий недостаток большинства полосковых АР, заключающийся в существенном уменьшении КПД с ростом частоты и увеличением числа элементов решеток из-за резкого возрастания как тепловых потерь, так и потерь, связанных с возникновением поверхностных волн и появлением паразитного излучения. Эффективность АР с параллельным питанием с практически такой же площадью раскрыва также невелика. В общем оказывается, что с увеличением числа элементов АР и, следовательно, площади раскрыва S КНД возрастает пропорционально S/λ² , но при этом КПД быстро снижается. Этот эффект существенно ограничивает возможности увеличения КУ полосковых АР за счет увеличения размеров раскрыва. Поэтому простые полосковые АР обычно используются на частотах до 20—30 ГГц при сравнительно невысоких значениях КУ до 20—30 дБ . Эффективность полосковых АР СВЧ может быть доведена до 50—70 %, но это достигается существенным усложнением их конструкций [24, 28].

а б

Рис. 7.7. Практические конструкции плоских полосковых антенных решеток