Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Амитей Н. Теория и анализ фазированных антенных решеток

.pdf
Скачиваний:
81
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
18.82 Mб
Скачать

Методы улучшения согласования ФАР

451

где матрица рассеяния G согласующей неоднородности имеет вид

 

0

II G

0

1

 

 

0

s 13

s 23

s 33

s 34

0

0

0 - 1

S 14

- i

— 5

ц

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

$24

 

$ 1 2

0

$ 2 2

$34

 

— 5

13

0

$23

 

 

S44

 

— $14

0

S2 4

 

 

0

1

(П.20)

0

0

Соотношения величин на входах бесконечной решетки опреде­ ляются выражением

[ l i n ]

Gil || /

1|

6,2 || /

||

а д / l l

G ull/Ц

~ [ / J m ]

(П.21)

[ R m n ]

Gaifl/Ц

6 2 2

l| /

||

6 2 3 1 | / II

624 Ц /1|

[ R L ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[Jm n]

G311| 1

1|

6 3 2

|| /

|l

6 3 3 II /

II

G3 4 1| /

1|

[/L ]

 

_[/?£»]_

 

 

G*2||/||

64 3 II /

II

G*t II /

l|

_[/?L]_

 

где {Gpg} — элементы матрицы G (выражение П.20), a || / || — еди­ ничная матрица, размеры которой совпадают с размерами матрицы ||C mn||. После подстановки выражения (П.21) в выражение (13) и выполнения простых алгебраических преобразований получаем два матричных уравнения

{G21-

п А А I

Т31 iDA | [ / i n ] +

 

 

 

 

 

~Ь {623

.4.4

G 3 3 || Cmn'

III [/mn]

 

 

Gi31| Cmn I

 

 

 

 

 

 

iB A ,

 

 

 

= {— G22 + G]2 cZ\ + G32\\cZ\\}[Rl

 

 

 

 

 

А А н ,

n

и

/~iBA 1

[R%n]

 

+ { - 6 24 + GUl|| c t t II +

G341|

C™ 11}

{G41 — Gn

C^n|| —G3i||C “ ||}[/L ] +

 

 

 

 

 

+ { 6 4 3 -

g 13 11C -Z II -

G33II c

z

11} [lin] =

 

 

= { — 6 1 2 + Gj2 II Cmn || -)- G32 II Cmn ||} [i?mn] -f-

 

+

{ -

G44 + Ga II C Z || +

6?34 II C m n ||} [ R l n ] .

(П.22)

(П.23)

Уравнения (П.22) и (П.23) определяют соотношения на входах

решетки

с

согласующей неоднородностью. Если возбуждение

(т. е. [/}„„]

и [7f,m]) известно, то коэффициенты отражения [Rmn1

и [/?mJ

можно получить из выражений (П.22) и (П.23). При воз­

452

Глава 9

 

буждении ФАР полем вида

 

 

Imn = Ре}

+ ”4V, Ртп =

(П.24)'

(т, ?i)-e уравнение бесконечной системы уравнений (П.22) имеет вид

е Л т ф ,+ п ф!/) { /1 [G 21- I 2

( G „ C Y + G 3iO

e >(pfc+eM*i/)] +

(р.

9)

 

+ Р [G23- I S

(G13CY + G33C";'1) еЛгЩЫ-чЧ),/)]j =

(Р,

9)

= [ — G22Rmn+ 2 2 (G12Cpq + G22Cpq) i?(p+m) (g+n)] +

(P. 9)

+ [ - G 24i ? L + I S (GJ4GpY + g34cY ) i?fp+m) (в+п)]. (П.25)'

(P. 9)

Аналогичное уравнение можно получить и из выражения (П.23). Как легко видеть, зависимость от т и п в левой части уравнения (33) содержится лишь в члене е’Апч1 ж+пфг/). Поэтому, чтобы правая часть соответствовала левой, решения для РтП и Ртп должны иметь вид

P in = /РеЯтф.^+пф,^

 

 

 

Pin = AVAmfe+nT,,),

 

 

 

(П.26>

 

 

 

 

 

 

 

 

и бесконечная система уравнений (П.22)

и (П.23)

вырождается

в два линейных уравнения с двумя неизвестными

 

 

 

 

 

 

 

/НЛ +

/ 2П3 = ДР02 + Д Н )4,

 

 

(П.27У

где

 

 

P E l + P E 3 = P1E2 + P 2Ei,

 

 

(П.28)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

= ( - i n - G

2i .pGliX A-4+ G3iX BA],

|

,

ч

0

,

E

i ^

i - i f l - G ^ G

nп

| для i =

l,

2,

3,

4

^ 13 + G3iXBB]

J

 

 

 

 

И

 

 

 

—|-оо

 

 

 

 

 

 

 

 

- { - 0 0

 

 

 

 

 

 

 

ХАА=

2

2

и т. д.

 

 

 

 

Величины

Х АА и

Х АВ

являются коэффициентами

отражения

(в зависимости от угла сканирования) на входах А и Р соответ­ ственно при условии, что решетка возбуждается согласованным генератором на входе А, а вход В подключен к идеальной нагруз­ ке. Аналогично Х ВЛ и Х вв — коэффициенты отражения на вхо­ дах А жВ соответственно, если возбуждается вход В, а вход А подключен к согласованной нагрузке. Таким образом, Х АА, Х ВА, Х АВи Х вв полностью характеризуют отражение решетки, а зпания

 

Методы улучшения согласования ФАР

453

коэффициентов

||С$*}, -®£} и {С“ }

достаточно для

определения согласования решетки в зависимости от угла скани­ рования. Изменение фазы коэффициентов отражения различных элементов решетки [выражение (П.26)] согласуется с периодич­ ностью электромагнитных полей. Переход от бесконечной системы уравнений к двум линейным уравнениям упрощает анализ харак­ теристик отражения и сводит его к теории восьмиполюсников.

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

 

4.

H a n n a n Р .

W . ,

M e i e r Р . / . , B a l f o u r М .

A . Simulation

of Phased Array

 

Antenna Impedance in Waveguide, «IEEE Trans. Antennas and Propaga­

2.

tion», 1963,

v.

A P -ll,

p. 715—716.

 

 

H a n n a n P .

W . ,

B a l f o u r

M .

A . Simulation of a Phased Array Antenna in

 

Waveguide,

«IEEE Trans.

Antennas and

Propagation»,

1965, v. AP-13,

p. 342-353.

3.B a l f o u r M . A . Phased Array Simulators in Waveguide for a Triangular

Arrangement of Elements,

«IEEE Trans. Antennas and Propagation»,

1965 v. AP-13, p. 475—476.

4. O l i n e r

A .

A . , M a l e c h R . G.

Microwave Scanning Antennas (Hansen R. C.,

ed.) v.

II,

Academic Press,

New York, 1966, Chapters 2—4; имеется рус­

ский перевод: Сканирующие антенные системы СВЧ, под ред. Хансена, т. 2, изд-во «Советское радио», М., 1969.

5. M a g i l l Е . G . , W h e e l e r I I . A . Wide-Angle Impedance Matching of Planar Array Antenna hy a Dielectric Sheet, «IEEE Trans. Antennas and Pro­

pagation», 1966,

v. AP-14, p. 49—53.

'6. D u f o r l E . C . A

Design Procedure for Matching Volumetrically Scanned

Waveguide Arrays, «Proc. IEEE», 1968, v. 56, p. 1851—1860; имеется

русский перевод: «ТИИЭР», 1968,

т. 56, № 11, стр. 216—224.

7. T a n g

R . , W o n g N .

S . Multimode

Phased Array Element for Wide Scan

Angle

Impedance

Matching, P r o c .

I E E E , 1968, v. 56, p. 1951—1959;

имеется русский перевод: «ТИИЭР», ноябрь 1968,

т. 56, стр. 216—224.

8. C o o k J .

S : , P e c i n a R .

G. Compensation Coupling

between

Elements in

Array

Antennas, IEEE

G-AP International Symposium

Digest, 1963,

p.234—236.

9.

H a n n a n P .

W . ,

L e r n e r D .

S . , K n i t t e l G. I I . Impedance Matching a Phased-

 

Array Antenna over Wide Scan Angles by Connecting Circuits, «IEEE

10.

Trans. Antennas and Propagation», 1965, v. AP-13, p. 28—34.

A m i t a y

N . ,

P e c i n a R . G . ,

W u С . P . Radiation Properties of Large Planar

11.

Arrays,

Bell Tel. System

Monograph 5047, 1965.

H a n n a n

P .

W .

Proof that a Phased Array Can Be Impedance Matched for

12.

All Scan Angles, «Radio Science», 1967, No. 3, p. 361—369.

A m i t a y

N .

Improvement of Planar Array Match hy Compensation through

 

Contiguous Element Coupling, «IEEE Trans. Antennas and Propagation»,

13.

1966, v. AP-14, p. 5S0-586.

A m i t a y

N . ,

B u t z e i n P . E . ,

I l e i d t R . C . Match Optimization of a Two Port

 

Phased Array Antenna Element, «IEEE Trans. Antennas and Propagation»,

14.

1968, v. AP-16, p. 47—57.

 

D u F o r t

E .

C .

Finite Scattering Matrix for an Infinite Antenna Array,

«Radio Science», January 1967, v. 2, p. 19—27.

Оглавление

Предисловие к русскому изданию...................................................................

 

 

 

 

 

 

 

5

Предисловие авторов..........................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Г л а в а

1. Основы

теории

антенных

реш еток .................................

 

 

 

11

1.

Введение...................................................................................................

 

теория

антенных

реш еток

 

 

 

 

11

2.

Элементарная

.................................

 

 

 

15

3.

Эффекты взаимного влияния п понятно бесконечной антенной

24

4.

реш етк и ...................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Анализ ФАР с помощью решения граничных за д а ч .................

 

40

Г л а в а

2. Основные формулировки

граничпон

задач и .....................

 

 

48

1.

Бесконечные решетки н теорема Ф локе.........................................

 

 

 

 

 

49

2. Интегральные

уравнения для бесконечной фазированной ан­

56

 

тенной решетки......................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г л а в а

3. Методы

реш ения......................................................................

 

 

 

 

 

 

 

88

1.

Введение...................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

88

2.

Представление решения с помощью дискретного базиса . . .

89

3. Вариационный принцип п метод моментов

.................................

 

 

 

93

4.

Выбор бази са

..........................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

96

5.

Проверка правильности реш ения

.....................................................

 

 

 

 

 

112

6.

Каноническое

фуикцнопальпо-теоретпческоерешеиие . . . .

116

7.

Итерационный

м етод ..........................................................................

 

 

энергии

и

метод

моментов

118

П р и л о ж е н и е

1.

Закон

сохранения

122

П р и л о ж е н и е

2 .

Построение

аналитической

функции

в

методе

125

вычетов

..................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г л а в а

4. Каноническая прямоугольная решетка

нз

тонкостенных

129

прямоугольных волн ов одов ........................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

 

Введение

 

..............................................................................................

 

решетки из

волноводов

и

эквивалентные

129

2.

 

Прямоугольные

130

3.

решетки

нз параллельных

пластин.............................................

 

 

 

 

 

 

Интегральные уравнения для случаев сканирования в квази-

134

4.

 

/?-плоскостн

п

//-плоскости

об излучении волноводной

Канонические

решения задачи

142

5.

решетки

..................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примеры

 

с..............................................................................................в я зь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

146

6.

Взаимная

 

 

коэффициентов

взаимной

связи

150

7.

Асимптотическое

поведение

151

8.

Диаграмма

направленности

элемента и

коэффициенты

пере­

156

9.

дачи в бесконечных

реш етках.....................................................

 

 

 

 

 

 

Возбуждение

ограниченной части раскрыва в условиях бес­

160

 

конечной

реш етки..............................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

 

Влияние

анизотропией плазм ....................................................ы

 

 

 

 

 

165

П р и л о ж е н и е 1 .

Факторизация в методе Випера — Хопфа . . .

17д

Г л а в а

 

5. Решетки

из

прямоугольных .................................

в ол н ов одов

 

 

 

182

1. Приближенные

методы

решения .задачи

при

сканировании

182

в Е - и //-плоскостях..........................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Свойства решеток нз прямоугольных .....................волноводов

 

 

212

Г л а в а

 

6. Влияние

диэлектриков

па

свойства

антепных

решеток

 

1.

Введение................................................................................................

'

228

2.

Интегральные уравнения для волноводной решетки с диэлектри­

230

 

ческими вставками..............................................................................

 

 

 

Оглавление

455

3.

Волноводные решетки с многослойными диэлектрическими

 

вставками

и покрытиями..................................................................

 

235

4.

Коэффициенты отражения н

передачи.........................................

236

5.

Использование диэлектриков для улучшения согласования

 

антенной решетки при сканировании.............................................

23S

6.

Явления,

обусловленные

вынужденными

поверхностными

 

в ол н ам и

..................................................................................................

 

252

7.

Определение условий возникновения вынужденного резонанса

 

поверхностной волны ..........................................................................

 

265

S.Причины возникновения вынужденных резопапсов поверхност­

 

ной

волны

..............................................................................................Интегральные

уравнения для антенной решетки

275

П р и л о ж е н и е

1.

276

 

с многослойными вставками..............................................................

 

 

 

 

 

 

П р и л о ж е н и е

2 . Матрица рассеяния схемы замещения антенной

281

 

решетки,

содержащей две

последовательные

неоднородности

Г л а в а

7 . П л о с к и е ф а з и р о в а н н ы е р е ш е т к и и з к р у г л ы х в о л н о в о д о в

2 8 4

1.

Решение

интегрального

уравнения

методом

Рптца — Галер-

285

 

к н м а ...........................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . .

2. Решетки с треугольной сеткой расположения элементов

293

3.

Решетки с диэлектрическим заполнением волноводов п диэлек­

 

4.

трическим покрытием...................................................................

 

 

коэффициентов

 

 

305

318

Асимптотическое

поведение

взаимной связи

5.

Заключение

Гармоника...........................................................................................

типа Флоке в системе косоугольных

325

П р и л о ж е н и е

1.

327

 

координат

..............................................................................................Инвариантность

скалярного

произведения

отно­

П р и л о ж е н и е

2 .

 

 

сительно

формы

периодической ячейки

решетки.............

 

330

332

П р и л о ж е н и е

3.

Скалярное

произведение

волновых функций . .

Г л а в а

8 .

Р е ш е т к и к о н е ч н ы х

р а з м е р о в .

К р а е в ы е

э ф ф е к т ы .

А п е ­

337

р и о д и ч е с к и е

р е ш

е т к и ............................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Апериодические решетки и модулпрованные поверхности

. . .

338

2. Решетки конечных размеров и краевые эффекты.............

 

353

 

П р и л о ж е н и е

1.

Учет нескольких типов воли в короткозамкнутых

 

 

волноводах.................................................................................

Обобщение на случаи плоских решеток .

410

414

П р и л о ж е н и е

2 .

. . .

П р и л о ж е н и е

3.

Общий

случай

периодически

модулпрованных

 

 

структур.....................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

414

 

Г л а в а

9 .

М е т о д ы

у л у ч ш е н и я с о г л а с о в а н и я ф а з и р о в а н н ы х а н т е н ­

 

н ы х р е ш е т о к .................................................................................................................................................................

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 1 9

 

1.

Введение.....................................................................................

согласования

 

одиомодового элемента

 

419

421

2.

Оптимизация

 

решетки

3.

Оптимизация

согласования

 

двухмодового элемента

решетки

430

4. Экспериментальное исследование согласования решетки

. . .

442

П р и л о ж е н и е

1 .

Оценка

проводимостей

согласующей цепи

. . .

446

П р и л о ж е н и е

2 .

Соотношения

па

входах

бесконечных

решеток

 

 

из

двухмодовых

элементов................................................

 

 

 

 

 

 

449

 

УВА Ж А ЕМЫ Й ЧН ТА ТЕЛ Ы

Ваши замечания о содержании книги, ее оформленпп, качество перевода и другие просим присылать по адресу: 129820, Москва, И-110, ГСП, 1-й Р и ж с к и й пер., д. 2, издательство «Мир».

I I . А м ы т е й , В . Г а л и н д о , Ч. B y

Т Е О Р И Я И А Н А Л И З Ф А З И Р О В А Н Н Ы Х А Н Т Е Н Н Ы Х

Р Е Ш Е Т О К

Р е д а к т о р И.

М .

Андреева

Х у д о ж н и к

С. Бычков

Х у д о ж е с т в е н н ы й

р е д а к т о р

В . К . Еисепгалиев

Т е х н и ч е с к и й

р е д а к т о р

Ф . Третьякова

К о р р е к т о р Е. Г .

Литвак

С д а н о в н а б о р 2 2 / П 1 9 7 4 г . П о д п и с а н о к п е ч а т и 8 /V I I 1 9 7 4 г .

Б у м а г а т и п . Л1» 2 6 0 x 9 0 l / i e = 1 4 , 2 5

б у м . л . 2 8 ,5 у е л . п е ч . л . 2 7 ,0 5 у ч .- и з д . л .

И з д . Лл! 2 0 /7 3 9 2 . Ц е н а 2 р . 67 к , З а к . 0 1 6 8

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О «М И Р » М о с к в а , 1 -й Р и ж с к и й п е р ., 2

О р д е н а Т р у д о в о г о К р а с н о г о з н а м е н и М о с к о в с к а я т и п о г р а ф и я № 7 « И с к р а р ев о л ю ц и и »

С о ю зп о л и г р а ф п р о м а п р и Г о с у д а р с т в е н н о м к о м и т е т е С о в е т а М и н и с т р о в С С С Р п о д е л а м

и з д а т е л ь с т в , п о л и г р а ф и и и к н и ж н о й т о р г о в л и . М о с к в а , К - 1 , Т р е х п р у д н ы й п е р ., 9 .

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ