76 УСТРОЙСТВА СВЧ И АНТЕННЫ - Страница 5

Очевидно, что  является линейной функцией. Функция  является ступенчатой (высота ступеньки , длина -.

Пусть для определенности расстояние между элементами решетки будет . Для этого случая на рис. 3.6 фазы токов излучателей показаны точками. Можно отметить, что для некоторых излучателей, например , ,  и т.д., фаза реали­зуется точно, для других имеют место отклонения. Причем величина фазовой ошибки      не превышает значение .

Зависимость фазовой ошибки от  показана на рис. 3.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.7

 

Функция является периодической с периодом . Наличие фазовых ошибок в раскрыве решетки приводит к неблагоприятным из­менениям в диаграмме направленности антенны.

Множитель направленности антенной решетки при дискретном фазировании определяется соотношением

.     (3.11)

Поскольку функция   является периодической с периодом , разложим ее в ряд Фурье

,

где .(3.12)

Подставив выражение для в формулу (3.11), получим

,                     (3.13)

где    .

Множитель направленности (3.11) оказывается представленным бесконечной суммой парциальных диаграмм . Наибольшее значение в этой сумме имеет слагаемое с коэффициентом . Это слагаемое представляет диаграмму направленности решетки с идеаль­ным фазированием. Из формулы (3.12) следует, что главный максимум решетки уменьшается в   раз, где .

Приняв, что излучаемая мощность при дискретном фазировании не изменяется, приходим к выводу, что происходит увеличение уров­ня бокового излучения, а КНД решетки уменьшается в  раз.

Кроме члена , соответствующего точному фазирова­нию, в (3.13) присутствуют дополнительные слагаемые, приводящие к искажениям диаграммы направленности . Главные максимумы парциальных диаграмм [, ] либо их дифракционные лепестки могут входить в область вещественных углов и приводить к увеличению уровня боковых лепестков. Такие боковые лепестки назы­ваются коммутационными.

Значение иаибольшего коммутационного лепестка соответствует  и определяется соотношением .

Например, в случае 0,32 или 9,6 дБ, а при 0,14 или 16,6 дБ. На такую величину могут возрасти боковые лепестки решетки, если главный лепесток или дифракционные лепест­ки парциальной диаграммы направленности, соответствующие , входят в область вещественных углов.

Основным способом уменьшения коммутационных боковых лепест­ков является уменьшение дискрета фазирования . Кроме отмечен­ных факторов, при дискретном фазировании может происходить рас­ширение главного максимума, его смещение в ту или иную сторону. Некоторое уменьшение влияния дискрета фазирования может быть по­лучено за счет создания нелинейного начального фазового распреде­ления в раскрыве, так называемой нелинейной фазовой подставки. В этом случае фазовая ошибка будет непериодической и боковые лепес­тки более равномерно «размазываются» по области вещественных углов.

Следует отметить также, что фазовращатели обеспечивают фазовый сдвиг в пределах oт 0 до 2. Можно считать, что фазовращатель эквивалентен линии задержки длиной нe более . При измене­нии частоты фазовый сдвиг, пропорциональный длине линии, будет меняться незначительно. Для решеток с большими размерами раскрыва это может приводить к существенной частотной зависимости  положения главного максимума диаграммы направленности, что сужает поло­су частот ФАР.

3.5.    Структура программы

 

Общая структура программы раздела представлена  на  рис. 1.1. Вход в программу осуществляется из главного меню. После заставки, отображающей название темы занятий, на экране  отображается меню, имеющее четыре раздела:  1. Выход.  2. Теория.  3. Решение задач. 4. Контрольная работа.

Первый раздел меню позволяет выйти из программы. Обращение к теоретическому материалу возможно как перед входом в режимы  «Решение задач» и «Контрольная работа», так и  при  непосредственном решении задач путем нажатия клавиши «F1». В режиме «Теория» приводятся краткие сведения по трем темам;

- теорема о перемножении диаграмм;

- множитель направленности линейной фазированной  антенной

решетки;

- дискретное фазирование.

На примере линейной ФАР рассматриваются свойства  множителя направленности и диаграммы направленности решетки, их зависимость от геометрии решетки,  амплитудно-фазового  распределения, формы диаграммы направленности элемента  решетки,  способа  фазирования (аналогового или дискретного). Изложение материала сопровождается поясняющими графиками и рисунками.

В режимах «Решение задач» и «Контрольная работа»  рассматри­ваются три темы:

- множитель направленностилинейнойфазированной  антенной решетки;

- влияние направленных свойств излучателя на свойства ФАР;

- дискретное фазирование антенных решеток.

В режиме «Решение задач» по теме  «Множитель направленности» обучаемому предлагается найти оптимальное расстояние между элеме­нтами решетки или оптимальный угол сканирования для различных ва­риантов решеток и дополнительных требований  к структуре и  пара­метрам боковых лепестков.

Предлагаемые задачи дают  возможность  наглядно  представить динамику множителя направленности решетки при различных  расстоя­ниях между элементами решетки и различных углах сканирования.

В режиме  «Решение задач» по теме «Влияние диаграммы направ­ленности излучателя на свойства ФАР» обучаемому предлагается  для антенной решетки, состоящей из направленных излучателей (вибратор над плоскостью, оптимальная  антенна  осевого  излучения, щелевая антенна), определить оптимальный сектор сканирования и оптимальное расстояние между элементами решетки при заданном  уровне  боковых лепестков и амплитудном распределении в раскрыве решетки.

В режиме «Решение задач» по теме «Дискретное фазирование ан­тенных решеток» на первом этапе обучаемому  в  пошаговом  режиме демонстрируется поведение диаграммы направленности антенной решетки при дискретном фазировании и проводится сравнение с  аналого­вым. Обучаемому наглядно представляются отличия диаграммы направ­ленности, проявляющиеся в изменении параметров главного лепестка, структуры и  параметров боковых лепестков. Далее  для  одного  из вариантов антенной решетки обучаемому  предлагается  найти  опти­мальный дискрет фазирования. Критерием служит возрастание по сра­внению с аналоговым фазированием уровня боковых лепестков  в  за­данном секторе сканирования.

Во всех трех темах рассматриваемого режима «Решение задач» в зависимости от действий обучаемого ему даются соответствующие ре­плики, прямые или косвенные подсказки, в итоге  указывается  пра­вильное направление очередного шага в решении задачи. При необхо­димости  обучаемый  может  восстановить  на экране условие задачи (клавиша «F1»), выйти в раздел «Теория» (клавиша «F2»), продолжив после этого решение задачи. После успешного решения задачи в этом режиме  обучаемый  через  систему меню может выйти в режим «Конт­рольная работа».

В режиме «Контрольная работа» обучаемый  решает несколько отличающуюся задачу с другими исходными данными. Существенно, что в этом режиме решение проводится обучаемым практи­чески полностью самостоятельно, без каких-либо подсказок. Обучае­мый  оценивает  параметры задачи на каждом шаге решения и оконча­тельный  результат решения. После успешного решения задачи, о чем дается сообщение на экране дисплея, обучаемый отвечает на два до­полнительных вопроса и получает итоговую оценку, выставляемую ав­томатически. Ответ  на вопросы проводится русским текстом, анализ ответов - по ключевым словам. Результаты  решения  представляются преподавателю, и с обучаемым проводится собеседование.

 

4. ЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ

 

4.1. Устройство и основные свойства зеркальных антенн