Доклад Мартынюк

щелевого вибратора; А - коэффициент пропорциональности, не зависящий от φ.

На рис. 4 приведены расчетная (сплошная линия) и экспериментальная (крестики) диаграммы направленности продольного щелевого вибратора в плоскости, нормальной оси волновода.

Рис. 4 Рис. 5

На рис. 5 приведена расчетная диаграмма направленности поперечного щелевого вибратора в этой же плоскости. Расчет сделан применительно к волноводу с поперечными размерами: а = 0.71 и b = 0.32 .

Направленные свойства щелевого вибратора в плоскости, проходящей через ось Z, не играют существенной роли. В этой плоскости формирование диаграммы определяется в основном последним множителем правой части выражения (2). Поэтому при инженерных расчетах диаграмм в этой плоскости можно пользоваться формулой диаграммы щелевого вибратора, помещенного на бесконечной плоскости:

- для продольной щели;

12

иметь точное выражение, определяющее зависимость напряженности поля в

влияние щелей определяется как внешним полем, так и полем внутри волновода.

Приближенно коэффициент направленного действия

,

где n — число щелей. Коэффициент усиления:

Коэффициент полезного действия синфазных волноводных щелевых антенн обычно весьма высок.

Эффект частотного сканирования

Частотное сканирование это способ управления направлением главного лепестка диаграммы направленности только за счет изменения рабочей частоты возбуждающего генератора.

Антенные решетки с частотным сканированием широко используются в радарной технике сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Классическим примером антенн с частотным сканированием является нерезонансные волноводно - щелевые антенные решетки ( ВЩАР ) .

С электродинамики известно, что для того чтобы щель , прорезана в металлической стенке прямоугольного волновода , излучала , она должна

13

пересекать линии поверхностного тока, наводимые на его стенках . На Рис . 6 показаны силовые линии поверхностного тока на внутренней поверхности металлических стенок для случая распространения основной волны типа Н10 вдоль прямоугольного волновода в фиксированный момент времени.

Рис. 6

Углочастотная чувствительность

Углочастотной чувствительностью антенны называют скорость изменения положения главного луча антенны в пространстве при изменении частоты

превышает значений 0,5 ... 1,5 ° /% изменения частоты. В свою очередь рабочая полоса частот ВЩАР ограничивается узкой рабочей полосой частот щелевого излучателя, которая в лучшем случае не превышает 10%. Как следствие, качественное частотное сканирование в простых линейных ВЩАР может быть получено в секторе углов до 15 °.

14

Способы повышения углочасто тной чувствительности ВЩАР

В радарных системах желательно иметь угловой полный сектор частотного сканирования не менее ± 30 °. Для достижения таких больших секторов сканирования часто используют змеевидные питающие волноводы или синусоидальные фидеры ( рис. 7). Излучатели подключаются к этому фидера с помощью направленных ответвителей . В змеевидных волноводах чем больше соотношение s / d , тем больше изменяется сдвиг фаз между соседними излучающими элементами и , соответственно, тем сильнее отклоняется луч при изменении частоты . Параметр А при этом увеличивается примерно в s / d раз:

Отклонение луча в плоскости расположения змеевидного волновода будет

в котором ф с /Vф - замедление фазовой скорости в змеевидной волноводе p n / 2 , , - постоянный сдвиг фаз между соседними элементами, n = 0, ± 1, ± 2 ... - номер луча. При этом при расчетах номер луча подбирают таким образом, чтобы лучи находился в области реальных углов, то есть sin гол 1.

Рис. 7. Питание излучателей с помощью змеевидных волноводов.

Следует отметить, что к недостаткам змеевидных волноводов следует отнести их заметно большие габариты и вес, сложность изготовления и явно большие омические потери. Часто сам по себе змеевидный волновод питает

15

не отдельный излучатель, а линейную подрешетку для получения плоской антенной решетки с высоким коэффициентом усиления и частотного сканирования в одной плоскости. На Рис. 8 представлены внешний фидерной системы на основе змеевидного

волновода для питания линейных антенных подрешеток.

8. Змеевидный волновод для увеличения углочастотной чувствительности.

Из выражения (4) следует, что увеличить углочастотную чувствительность также возможно, если выбрать прямолинейный волновод s / d 1 и использовать в главном тракте замедляя систему с большим коэффициентом замедления групповой скорости,

например c vгр 5. Впрочем, оказывается, что при любом способе увеличения

углочастотной чувствительности увеличиваются ОМУ потери мощности в главном тракте

Конструкции ВЩАР

На рис. 9 показана часть линейной антенны с наклонными щелями в узкойстенке волновода,

используемой в судовых радиолокационных станциях. Для ослабления паразитной составляющей поля излучения такой антенны, поляризованной

Рис. 9

перпендикулярно оси волновода, между соседними щелями установлены разделительные металлические выступы .

16

(рис. 10.а) и с продольными щелями на широкой стенке при возбуждении их коаксиальным кабелем (рис. 10.6). Пример конструктивного выполнения ВЩР с электромеханическим сканированием

Рис. 11

17

большей полосой пропускания . Особенностью антенны является то, что четные и нечетные волноводы питаются с разных сторон с помощью

Такие антенны применяются в самолетных доплеровских автономных

от атмосферных осадков и пыли раскрыв ВЩР закрывают диэлектрической пластиной или всю излучающую систему помещают в радиопрозрачный обтекатель.

18

Недостатки и преимущества волноводно-щелевых АР

Волноводно-щелевые решетки имеют следующие достоинства:

1) отсутствие выступающих частей позволяет совместить их излучающую поверхность с внешней поверхностью корпуса летательного аппарата, при этом не вносится дополнительное аэродинамическое сопротивление (бортовая антенна);

2)возможность реализации оптимальных ДН, так как законы

связи излучателей с волноводом;

3)сравнительно несложное возбуждающее устройство и простота в эксплуатации.

4)малый профиль;

5)высокий уровень допустимой входной мощности;

6)малые потери и возможность получить низкий уровень боковых лепестков в - 30дБ за счет синтеза ниспадающего от центра к краям апертуры амплитудного распределения поля.

Недостатком ВЩР является ограниченность диапазонных свойств. При изменении частоты в несканирующей ВЩР луч в пространстве отклоняется от заданного положения, что сопровождается изменением ширины ДН и ее согласования с питающим фидером. Также к недостаткам можно отнести их довольно сложную конструктивную сложность.

Использованная литература:

1 . Д.М. Сазонов , " Антенны и устройства СВЧ" . Учебник . М. , "Высшая школа" 1988 . 2 . Г.З.Айзенберг , В.Г. Ямпольский , А.Н. Терёшин , " Антенны УКВ " , т.2 , Учебное пособие. М. , " Связь" , 1977 .

3 . Антенны и устройства СВЧ " . Проектирование фазированных антенных решеток . Под ред . Д.И. Воскресенского . Учебное пособие. М. , "Радио и связь" 1994 ', "

Сов радио " , 1971 .

19

Оглавление

Вступление……………………………………………………………………...…2

Разновидности щелей. ……………………………………………………………3

Волноводно – щелевые антенны нерезонансного типа………………………...5

Схемы замещения щелей…………………………………………………………9

Направленные свойства. КНД и коэффициент усиления………………….….11

Эффект частотного сканирования……………………………………….……..13

Углочастотная чувствительность………………………………………….……14

Способы повышения углочастотной чувствительности ВЩАР ……………. 15

Конструкции ВЩАР. ……………………………………………………………16

Недостатки и преимущества волноводно-щелевых АР…………………….…19

Использованная литература ……………….……………….…………….…….19

20