3479

1) Режим встречного возбуждения

Зависимости эффективностей ПАДТ от параметра связи приведенных вариантов возбуждения приведены на рис. 4.5.

Приведенные зависимости имеют экстремальный характер, при этом для каждой из них в широком диапазоне изменения параметра связи L сохраняется достаточно высокое значение общей эффективности ПАДТ. Слабая зависимость эффективности от параметра связи приводит к сглаживанию частотной зависимости коэффициента усиления ПАДТ в окрестности точки f fБрэгга II , соответствующей строго нормальному

Диаграммы направленности ПАДТ, функционирующих в режимах торцевого (сплошная линия) и центрального (пунктирная линия) возбуждения, приведены на рис. 4.6. Параметры излучающих апертур ПАДТ выбраны

Рис. 4.6. Диаграммы направленности ПАДТ, функционирующих в режимах

торцевого (сплошная линия) и центрального возбуждения (пунктирная линия)

Представленные результаты показывают, что торцевой режим возбуждения проигрывает центральному по уровню боковых лепестков (УБЛ) на 3 дБ. Однако первый характеризуется вдвое большей шириной полосы по параметру связи L , в которой значение эффективности превышает 75 %, что существенно уменьшает неравномерность коэффициента усиления ПАДТ в рабочей полосе частот. Очевидно, что для режима торцевого возбуждения предельно достижимый УБЛ равняется -13 дБ (случай равноамплитудного распределения). Важным достоинством режима центрального возбуждения является вдвое более широкая полоса рабочих частот (определяемая размерами подрешеток апертуры и угло-частотной зависимостью ДН) по сравнению с режимом встречного возбуждения.

Зависимости ДН ПАДТ от величины параметра связи L (при прочих, указанных выше) для режимов торцевого и центрального возбуждения приведены на рис. 4.7,а, б соответственно.

Dторц ,

дБ

а)

Dцентр ,

дБ

б)

Рис. 4.7. Зависимости ДН ПАДТ от величины параметра связи L : а) торцевое возбуждение; б) центральное возбуждение

Рис. 4.7,а показывает, что при росте величины L увеличивается УБЛ в случае торцевого возбуждения ПАДТ. Режим центрального возбуждения характеризуется слабой зависимостью интенсивности бокового излучения от параметра связи ДР и волноведущей структуры.

В табл. 4.1 приведены предельно достижимые значения эффективности и УБЛ для описаных выше вариантов возбуждения ПАДТ.

В следующем подразделе описываются некоторые конструкции ПАДТ с электронным управлением поляризации излучения.

4.1.2. Плоские дифракционные антенны СВЧ и КВЧ диапазонов волн с электронным управлением поляризацией излуч ения

Важным направлением развития теории и техники плоских антенн СВЧ и КВЧ диапазонов волн является электронное (немеханическое) управление поляризацией их излучения. Преимущества электронного управления видом поляризации (по сравнению с механическим способом) неоспоримы: существенно увеличивается быстродействие всей радиотехнической системы; возрастает степень ее надежности и время наработки на отказ; значительно снижается себестоимость, а также масса и габаритные размеры входных цепей РТС. Электронное управление плоскостью поляризации ПАДТ может использоваться для уплотнения каналов приема-передачи информации, повышения скрытности сообщений, решения проблемы электромагнитной совместимости.

Рассмотрим несколько принципиально различных подходов к созданию ПАДТ с электронным управлением поляризацией излучения: на основе одномерно-периодичных дифракционных структур, возбуждаемых ортогонально поляризованными поверхностными волнами; базирующихся на ДР с двумерной периодичностью, запитываемых с разных направлений; использующих многослойные структуры с ортогонально расположенными излучающими элементами (подобная структура используется в ПАДТ BAS50 фирмы «Katrein», ФРГ).

Авторами настоящего пособия высказана и экспериментально

подтверждена возможность управления поляризацией излучаемых волн в

ПАДТ, основанных на одномерно-периодичных ДР, возбуждаемых

неоднородными волнами планарного диэлектрического волновода. В главе 3

упомянуты способы уменьшения разницы коэффициентов замедления волн Е- и Н-поляризации в подобных структурах. Главным достоинством данного подхода является простота устройства возбуждения поверхностных волн в ПДВ. На рис. 4.8 приведен пример использования металлической ДР типа

«гребенка», накрытой слоем диэлектрика, в качестве излучающей апертуры ПАДТ с электронным управлением ориентации плоскости поляризации ЭМВ.

Максимумы излучаемой способности ДР достигаются при узких пазах ( W / d 1) для случая H-поляризации и широких пазах ( W / d 1) для E-по- ляризации. Поэтому узкие пазы 1 эффективно взаимодействуют с волнами Н- поляризации, а широкие пазы 2 – с Е-поляризованными ЭМВ. Возбуждение двухпазовой структуры производится волнами, содержащими Hy или Ey

компоненты для получения соответствующей поляризации излучаемых волн. Основными недостатками подобной ПАДТ является зависимость величины замедления поверхностных волн от их поляризации, приводящая к излучению ортогонально поляризованных волн под разными углами E и H

(рис. 4.8), а также высокий уровень кросс-поляризационного излучения.

Применение двумерно-периодичной ДР (рис. 4.9) позволяет эффективно управлять поляризацией излучения, возбуждая апертуру ПАДТ волнами линейной поляризации, распространяющимися в ортогональных направлениях z и y. Просто осуществляется как скачкообразное переключение вида линейной (с горизонтальной на вертикальную) и круговой (с левой на правую) поляризации, так и плавная подстройка ориентации плоскости поляризации линейно-поляризованной волны в секторе углов (–90 90)0.

Для формирования излучения с круговой поляризацией правого (левого) вращения электромагнитные волны, возбуждающие структуру, должны быть сдвинуты по фазе на 90 0. Плавная подстройка пространственной ориентации плоскости поляризации линейно-поляризованных волн осуществляется изменением отношения амплитуд синфазных волн, распространяющихся в ортогональных направлениях.

z

П z

H y

Рис. 4.9. ПАДТ с управляемой поляризацией на основе двумерно-периодичной структуры вытекающей волны

При рациональном выборе геометрических и электрических параметров пары излучателей (в случае рис. 4.9 ширины и длины щелей в металлическом экране) можно получить высокую степень развязки по поляризации. Кроме того, в описываемой структуре легко осуществить режим нормального излучения ( max 0 ) с помощью торцевого или центрального ее возбуждения.

Математическое моделирование структур, подобных изображенной на рис. 4.9, может проводиться с использованием метода интегральных уравнений. Разумеется, в качестве двумерно-периодичной структуры может быть

(ПУ) ЛДВ; 6 – ПДВ; 7 – ПУ ПДВ; 8 - отражательная двухпазовая гребенка излучающей апертуры ПАДТ.

На рис. 4.12 приведена конструкция ПАДТ, в качестве излучающей апертуры которой использована двумерно-периодичная гребенка с диэлектрическим слоем, возбуждаемая со взаимно перпендикулярных граней с помощью двух линейных дифракционных структур.

Цифрами на рис. 4.12 обозначено: 1, 2 – ПУ; 3 – ЛДВ; 4 – линейные металлические гребенки; 5 – согласующие рупорные переходы; 6 – коммутатор СВЧ энергии на основе ферритового фарадеевского поляризатора и разделителя поляризации. Коммутатор 6 направляет ЭМВ, поступающую с выхода передающего устройства, в вертикальное либо горизонтальное линейное устройство возбуждения ПДВ, каждое из которых представляет собой комбинацию ЛДВ и линейной гребенки с одномерной периодичностью.

6

Рис. 4.11. Конструкция ПАДТ на основе одномерно-периодичной структуры

Бегущая по ПДВ неоднородная волна (в вертикальном или горизонтальном направлении – в зависимости от состояния СВЧ коммутатора) переизлучается под некоторым углом к его нормали (в пределах 3-10 0, в зависимости от частоты ЭМВ). Вдоль направления распространения волны по ПДВ амплитудное распределение близко к экспоненциальному, что