3479

Рис. 3.23. Характеристики двухуровневой гребенки со слоем диэлектрика при b 0.1L, h2 0.25L , c 0.6L : а) УЧХ; б) частотная зависимость углового

положения главного лепестка ДН (по уровню –3 дБ); в) нормированная фазовая скорость (–1)-й ПГ; г) частотная зависимость постоянной вытекания,

характеристик дифракционных плоских антенн СВЧ диапазона волн описаны в главе 4 учебного пособия.

Рис. 3.24-3.27 подтверждают общность того факта, что основными причинами аномальной дисперсии (–1)-й ПГ Флоке и локальной стабилизации углового положения главного лепестка ДН, наблюдаемых в периодических дифракционных структурах, являются глубинные внутрипазовые резонансы и резонанс Брэгга 2-го порядка, определяющие частотную зависимость

дифракции плоских однородных волн на многопазовых гребенках с

приводит не только к появлению возрастающих участков частотной зависимости фазовой скорости (–1)-й ПГ, на которых имеет место существенное снижение крутизны УЧХ, но и к значительной вариации эффективности ПАДТ.

Таким образом, частотные зависимости угловой ориентации максимума ДН исследуемой структуры, как правило, характеризуются наличием столообразных участков, относительная ширина которых не превышает 10 12 %. Резонансное поведение зависимости постоянной вытекания (–1)-й ПГ от частотного параметра приводит к тому, что в окрестности «полок» наблюдается увеличение крутизны УЧХ относительно ее среднего уровня. Вариация количества и геометрических параметров пазов гребенки (прежде всего глубины) позволяет синтезировать структуры с несколькими частотными участками столообразной зависимости главного лепестка ДН.

Проведенное компьютерное моделирование основных антенных характеристик двухуровневой гребенки с диэлектрическим слоем позволяет

выбрать в качестве основных критериев оптимизации ПАДТ, созданной на основе вышеупомянутой структуры, следующие:

-максимизация ширины полосы рабочих частот антенны при заданном минимальном уровне ее эффективности (при синтезе ПАДТ с расширенной полосой стабилизации углового положения главного лепестка);

-максимизация ширины полосы рабочих частот антенны при заданных максимальном уровне неравномерности зависимости Э и минимальном

значении данной величины в рабочей полосе частот (при заданном ограничении на максимально допустимую глубину паразитной амплитудной модуляции (ПАМ));минимизация среднеквадратического отклонения эффективности в заданной полосе частот от ее среднего значения при заданном минимальном уровне эффективности (при наложении требования минимизации среднеквадратичного значения ПАМ);

- максимизация эффективности ПАДТ при отсутствии ограничений на величину угло-частотной чувствительности главного лепестка ее ДН (при синтезе высокоэффективной ПАДТ с частотным сканированием).

Из рис. 3.20-3.27 следует, что требования максимизации эффективности ПАДТ и полосы частот столообразных участков УЧХ являются противоречивыми. Это необходимо учитывать в процессе проектирования плоских дифракционных антенн на основе описанной выше структуры.

Рис. 3.27. Характеристики двухуровневой гребенки со слоем диэлектрика при b 0.25L, h2 0.1L, c 0.6L : а) УЧХ; б) частотная зависимость углового

положения главного лепестка ДН (по уровню –3 дБ); в) нормированная фазовая скорость (–1)-й ПГ; г) частотная зависимость постоянной вытекания, нормированной к периоду структуры 1 L ; д) частотная зависимость

эффективности ПАДТ, содержащей 18 периодов L

3.3. Дисперсионные характеристики двумерно-периодичных металлических резонансных гребенок со слоем диэлектрика

Рассматриваются свойства одномерно- и двумерно-периодичных структур со следующими параметрами: r=2.56, t=6 мм, d=24 мм, W=8 мм, глубина ДР h1 взята равной 4 мм, 6.6 мм и 9.2 мм. Интервал изменения прицельного расстояния R составляет 0 25 мм. Результаты исследований представлены для диапазона частот 8 12.4 ГГц.

В табл. 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 приняты следующие обозначения: (-1) средняя относительная погрешность вычислений величины постоянной вытекания (-1)-

резонанса Брэгга второго порядка.

В табл. 3.1 представлены результаты анализа численных расчетов и экспериментальных исследований параметров одномерно- и двумернопериодичных структур для прицельного расстояния R=15 мм (рис. 3.28).

Таблица 3.1

Результаты численного и экспериментального анализа исследуемых структур с одномерной и двойной периодичностью для R=15 мм

32

24

16

8

8

е) Одномерная ДР:————— эксперимент; о о о о о о о расчѐт; двумерная ДР:• • • • • • • • • эксперимент; x x x x x x x расчѐт

Рис. 3.28. Дисперсионные зависимости: а, в, д – зависимости постоянной вытекания -1-й ПГ (-1) от частоты; б, г, е – угло-частотные зависимости

Оценка точности математической модели для R=12.5 мм приведена в табл. 3.2. Соответствующие данные компьютерного моделирования и результаты экспериментального исследования приведены на рис. 3.29.

Таблица 3.2

Результаты численного и экспериментального анализа исследуемых структур с одномерной и двойной периодичностью для R=12.5 мм