3479

Рис. 3.38. Вариант конструкции антенной решетки с оптическим питанием

Использование в качестве облучателя турникетной антенны с рефлектором, запитываемой с помощью четырехпроводной экранированной линии передачи, позволяет легко управлять поляризацией излучения с помощью стандартного фарадеевского поляризатора. Глубина пазов по мере их удаления от центра к краям решетки изменяется таким образом, чтобы фазовый фронт отраженной от ДР электромагнитной волны в наибольшей степени приближался к плоскому.

Входной импеданс каждого из пазов глубиной h в одноволновом приближении определяется как

волноводе.

Для нахождения коэффициента отражения электромагнитной волны от плоскости раскрыва паза использовалось выражение, аналогичное формуле Френеля для случая горизонтально поляризованной волны:

Отраженная волна, таким образом, характеризуется сдвигом фазы

Фазовое запаздывание падающей волны, сферически расходящейся из центра (0, 0, Z0), при возбуждении паза с координатами (x, y), равно

0

где Z0 высота подъема облучателя над плоскостью дифракционной решетки;

Амплитудное распределение поля, создаваемое в раскрыве излучающей апертуры симметричным полуволновым вибратором с рефлектором, определялось с помощью выражения

Диаграмма направленности антенны представляет собой произведение диаграмм направленности короткозамкнутой волноводной ячейки DH10 , и

множителя решетки DАР ,

соответственно, коэффициент отражения от открытого конца волновода,

соответственно, значение фазовой ошибки, зависящей от величины расстройки частоты относительно центральной.

Рис. 3.40. Диаграмма направленности антенны на основной частоте 10 ГГц

D , 2

Рис. 3.42. Частотные зависимости эффективности и КИП антенны

Расчетное значение коэффициента усиления на частоте 10 ГГц достигает 33.37 дБ и уменьшается до 31.94 и 32.62 дБ на краях рабочего диапазона, что сопоставимо с характеристиками существующих ОДА.

Распределения фаз (в градусах) по излучающей апертуре антенны на крайних частотах рабочего диапазона изображены на рис. 3.43, 3.44. Хотя во многих локальных областях ДР на крайних частотах рабочего диапазона значение фазы может существенно отличаться от нуля, на основной части апертуры фазовые искажения не превышают (50 90) градусов, что приводит к появлению «пьедестала», а уровень боковых лепестков возрастает незначительно.

см

см

Рис. 3.43. Фазовое распределение на излучающей апертуре на частоте 9.5 ГГц

см

Рис. 3.44. Фазовое распределение на излучающей апертуре на частоте 10.5 ГГц

Следует отметить, что в пятипроцентной полосе частот значение эффективности антенны превышает 55 %, а в полосе частот 7.5 % составляет не менее 50 % на краях рабочего диапазона, что дает возможность использования ОДА подобной конструкции в индивидуальных установках приема программ спутникового телевизионного вещания.

Достаточно широкая полоса рабочих частот антенны при (50 60)-процентном уровне ее эффективности, возможность электронного

нормали к излучающей апертуре), простота компьютерного моделирования и проектирования, а также высокая технологичность изготовления и уменьшенные поперечные размеры позволяют надеяться на возможность конкуренции представленной ОДА с параболическими антеннами во многих практических приложениях, особенно в бортовой аппаратуре, функционирующей в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.

Описанное выше антенное устройство служит иллюстрацией того, что дифракционные решетки могут быть использованы не только для преобразования объемных волн в поверхностные волны, но и для коррекции фазового фронта падающих на ДР электромагнитных волн, таким образом выполняя функции, присущие линзам и криволинейным рефлекторам.

В главе 4 описаны некоторые перспективные конструкции ПАДТ, приведены результаты их экспериментальных и натурных исследований, описана методика компьютерной оптимизации параметров плоских антенн дифракционного типа СВЧ и КВЧ диапазонов волн.

4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛОСКИХ АНТЕНН ДИФРАКЦИОННОГО ТИПА

4.1. Структурные схемы плоских антенн дифракционного типа СВЧ и КВЧ диапазонов волн

4.1.1. Плоские дифракционные антенны с торцевым и центральным возбуждением

Как было отмечено в главе 3, создание плоских СВЧ и КВЧ дифракционных антенн требует детальной разработки вариантов их конструкций, отличающихся видами и способами возбуждения поверхностных волн в волноведущих системах. Согласно теореме об эквивалентных полях и источниках, характеристики поля, создаваемого антенной в дальней зоне, определяются амплитудно-фазовым распределением токов (полей) в ее излучающем раскрыве. Амплитуднофазовое распределение поля в раскрыве ПАДТ определяется конструкцией возбуждающего устройства, характером и видом связи волноведущей системы с переизлучающей ДР. Рассмотрим наиболее легко реализуемые на практике виды возбуждения ПАДТ: торцевое и центральное.

Установлено, что система «ПДВ+ДР» может эффективно функционировать в режиме преобразования поверхностных волн в объемные при возбуждении ПДВ с торцев или из середины. Структурные схемы ПАДТ для случаев торцевого и центрального возбуждения ПДВ на рис. 4.1, 4.2 соответственно. Функции ДР в вышеупомянутых схемах могут выполнять не только металлические гребенки, но и другие структуры, в том числе с закрытой волноведущей системой (например, плоский волновод со щелями).

Рис. 4.1. ПАДТ, в которой реализован встречный вид возбуждения ПДВ

Обе системы функционируют в режиме дифракции Брэгга 2-го порядка. На рис. 4.1 обозначено: 1 - ПДВ; 2 - ДР; 3 - возбуждающие устройства (в данном случае рупорного типа); 4 - синфазный 3-х децибельный делитель мощности; 5 - волноводный поворот на 90 0. На рис. 4.2 использованы те же обозначения, что и на рис. 4.1, кроме цифры 5, которой обозначен металлический отражатель.

Экспериментальные исследования ПАДТ показали, что для обоих случаев при значениях эффективности ( КПД КИП ), близких к (60 80 %), уровень КСВН не превышает 1.8 в полосе частот около 10 % в окрестности брэгговского резонанса 2-го порядка. При углах излучения, близких к нормали структур, значения энергий ( 1)-х гармоник Флоке являются сопоставимыми, возбуждение плечей ПАДТ близко к синфазному. Максимальные значения напряженности E-компоненты поля приходятся на пазы ДР, в которых возбуждаются колебания основного типа (TEM).

Одним из возможных путей улучшения согласования антенн в резонансной области частот является некоторое отклонение от синфазного возбуждения ее плеч. На практике это осуществлялось смещением геометрических центров ДР и возбуждающей системы (рис.4.1) или сдвигом одной из ДР (рис. 4.2), иными словами, нарушением фазовой симметрии