Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Коллиматорные стенды. Факторы, определяющие точность результатов измерений 14
1.1. Виды и основные характеристики коллиматорных стендов 14
1.2. Факторы, определяющие погрешности измерений 16
1.3. Основные причины возникновения неравномерности амплитуд и фаз поля в рабочей зоне коллиматора
1.3.1. Взаимодействие исследуемой антенны и коллиматора 19
1.3.2. Поля, дифрагированные элементами коллиматорного стенда
1.4. Современные достижения в технике измерений с использованием коллиматорных стендов 27
1.5. Основные задачи в области совершенствования коллиматорных стендов 33
Глава 2. Расчет поля в рабочей зоне коллиматора 35
2.1 Приближенные аналитические методы расчета полей в ближней и промежуточной зонах излучения 35
2.1.1. Области излучения заданной системы токов 35
2.1.2. Метод, основанный на формуле Кирхгофа 36
2.2. Методы расчета поля в рабочей зоне коллиматора 39
2.2.1. Апертурный метод расчета поля в рабочей зоне коллиматора 39
2.2.2. Метод поверхностных токов 44
2.3. Алгоритмизация метода поверхностных токов .
2.4. Основные обозначения и постановка задачи компьютерного моделирования 57
2.5. Методика определения квазиоптимального распределения
токов по поверхности коллиматора 60
Глава 3. Результаты расчета квазиоптимального распределения токов по излучающей поверхности коллиматора 68
3.1. Плоский (линзовый) коллиматор 68
3.2. Коллиматор с параболическим зеркалом
3.2.1. Осесимметричное зеркало 79
3.2.2. Офсетное зеркало
3.3. Анализ взаимосвязи между электрическими размерами раскрыва коллиматора и размерами рабочей зоны 95
3.4. Общие закономерности, определяющие характеристики коллиматоров различных типов 99
Глава 4. Реализация требуемого распределения токов по поверхности зеркала 104
4.1. Определение допусков на воспроизведение квазиоптимального распределения токов по поверхности зеркального коллиматора 104
4.2. Способы формирования требуемого распределения токов по поверхности зеркала 113
4.3. Характеристики поля в рабочей зоне коллиматора, полученные с учетом технологических факторов 123
Глава 5. Методика коррекции результатов измерений диаграмм направленности антенн с учетом структуры поля в рабочей зоне коллиматора 126
Выводы и заключение 134 Стр.
Литература 136
- Основные причины возникновения неравномерности амплитуд и фаз поля в рабочей зоне коллиматора
- Области излучения заданной системы токов
- Коллиматор с параболическим зеркалом
- Способы формирования требуемого распределения токов по поверхности зеркала
Введение к работе
Актуальность темы
Коллиматорные стенды используются для измерения характеристик направленности антенн. Измерение параметров антенн с помощью коллиматорных комплексов (компактных полигонов) имеет целый ряд преимуществ перед измерениями на открытых полигонах.
Разработка и практическая реализация коллиматорных измерительных стендов относится к одной из сложных проблем антенной техники. В её решение из отечественных ученых наиболее весомый вклад внесли Бахрах Л. Д., Курочкин А. П., Балабуха Н. П. и Беляев Б. Г.
При измерениях на коллиматорном стенде испытуемая антенна помещается в ближней зоне вспомогательной антенны (коллиматора) и находится в поле, близком по структуре к полю плоской волны. Качество коллиматоров, от которых в основном зависит точность результатов измерений, определяется величинами отклонений амплитуд и фаз поля в рабочей зоне (вблизи фокальной плоскости зеркала или вблизи раскрыва линзы) от равномерного и синфазного распределений. Обычно допустимых отклонений удается достигнуть в пределах области (в поперечной плоскости), составляющей по площади не более (15...20)% от площади раскрыва зеркала или линзы коллиматора.
На сегодняшний день коллиматорные установки используются достаточно широко, однако, имеют весьма высокую стоимость, которая во многом определяется размерами зеркала или линзы. Поэтому актуальной задачей является исследование возможных путей достижения максимальных размеров рабочей зоны коллиматорных стендов, как строящихся, так и модернизируемых.
Цель диссертационной работы
Целью работы является разработка способов расширения рабочей зоны коллиматоров (зеркальных и линзовых) и повышения точности результатов измерений. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
разработка методики нахождения квазиоптимального распределения токов по излучающей поверхности коллиматора в зависимости от параметров зеркальной (линзовой) системы и требований к структуре поля в рабочей зоне;
оценка достижимых размеров рабочей зоны коллиматора при квазиоптимальном распределении;
разработка способов реализации квазиоптимального распределения токов;
определение методики обработки результатов, позволяющей уменьшить погрешности измерений, обусловленные неоднородностью поля в рабочей зоне коллиматора.
Методы исследования
Решение перечисленных задач основывается на анализе структуры поля в ближней зоне коллимирующих устройств (зеркал, линз) и сводится к решению задачи дифракции электромагнитной волны на поверхности сложной формы с неоднородным поверхностным импедансом. Аналитические соотношения, полученные методами физической оптики, являются приближенными, весьма громоздкими и не охватывают многих представляющих практический интерес случаев. Применение прямых вычислительных методов наталкивается на технические трудности, так как при этом предъявляются чрезвычайно высокие требования к вычислительным средствам. В связи с этим в работе предложена методика, позволяющая определить квазиоптимальное распределение токов на поверхности зеркала или линзы коллиматора, основанная на использовании упомянутых выше аналитических соотношений совместно с методом поверхностных токов и численным методом, при помощи которого проводится оптимизация.
Научная новизна
В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
найдены амплитудно-фазовые распределения токов по поверхности плоского (линзового) и зеркального коллиматоров, позволяющие увеличить поперечный размер рабочей зоны до 80% и 73% от диаметра раскрыва коллиматора соответственно;
-
разработана методика определения квазиоптимального, по критерию размера рабочей зоны, распределения токов по поверхности плоского (линзового) и зеркального коллиматоров;
-
предложено техническое решение и определены условия реализации необходимого распределения токов для зеркального и линзового коллиматоров с использованием радиопоглощающего материала.
Практическая значимость
Предложенные в работе алгоритмы решения поставленных задач и разработанные на их основе программы позволяют проектировать коллиматоры для измерения параметров антенн, диаметр которых достигает 3/4 от диаметра зеркала коллиматора. В частности, разработаны рекомендации по усовершенствованию коллиматорного стенда, находящегося в УЛК МГТУ им. Н. Э. Баумана. Разработанное техническое решение позволяет на практике реализовать требуемый закон возбуждения линзы или зеркала коллиматора с использованием поглощающего материала.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: II научно-техническая конференция аспирантов и студентов Московского Государственного Технического Университета им. Н. Э. Баумана (Москва, 2004), Международная конференция «Образование через науку» (Москва, 2005), IV Молодежная научно-техническая конференция «Радиолокация и связь — перспективные технологии» (Москва, 2005), V Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» (Самара, 2006), VI Молодежная научно-техническая конференция «Радиолокация и связь — перспективные технологии» (Москва, 2008).
Достоверность и обоснованность результатов
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечиваются корректным применением строгих методов расчета поля в ближней зоне апертурных антенн, обоснованностью упрощающих допущений, а также экспериментальными данными, полученными при решении задачи реализации требуемого распределения токов на коллиматоре. Достоверность экспериментальных результатов обеспечена применением корректных методик с использованием современной измерительной аппаратуры.
Реализация результатов
Результаты диссертационной работы внедрены в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, проводимых в ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР» и ОАО «МНИИРС», а также используются в НИР и в учебном процессе в МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Публикации
Основные причины возникновения неравномерности амплитуд и фаз поля в рабочей зоне коллиматора
Наличие отраженной волны в передающей системе приводит к ошибкам измерения коэффициента усиления антенны и уровня боковых лепестков. Величина ошибки измерения коэффициента усиления антенны определяется значением AG = щТ\ ), дБ. Эта ошибка может быть определена или исключена двумя способами. Во-первых, усреднением результатов измерений на нескольких близких частотах. Во-вторых, усреднением результатов измерений, соответствующих нескольким положениям исследуемой антенны относительно раскрыва коллиматора. Достаточными можно считать несколько результатов, соответствующих различным расстояниям от раскрыва коллиматора до раскрыва антенны, лежащим в пределах —-, где лсп — средняя длина волныОчевидно, что с увеличением поперечных размеров рабочей зоны коллиматора и, соответственно, с увеличением размеров раскрывов исследуемых антенн, возрастают ошибки в результатах измерений коэффициента усиления и диаграммы направленности.
Наилучшим способом уменьшения рассматриваемых погрешностей измерений является обеспечение максимально возможного согласования облучателя зеркала (или линзы) коллиматора при равенстве его геометрической и эффективной поверхностей. Заметим, что выполнение этого условия делает сомнительным синтез диаграммы специальной формы (например, секторной) и оптимизацию таким образом амплитудного распределения поля в раскрыве коллиматора. 1.3.2. Поля, дифрагированные элементами коллиматорного стенда
Как уже отмечалось, коллиматоры располагаются в камерах с поглощающими покрытиями (безэховые камеры). С целью уменьшения уровня полей, дифрагированных опорами облучателя и поворотной платформой, эти элементы также покрываются поглотителями. Уменьшение уровня полей, дифрагированных краями зеркал и линз коллиматоров, также достигается использованием поглощающих покрытий. Специальные виды поглощающих материалов могут быть использованы для получения требуемых амплитудных распределений поля в раскрыве коллиматора. Характеристики таких материалов, как будет показано в дальнейшем, должны удовлетворять значительно более сложным и разнообразным требованиям по сравнению с характеристиками материалов для безэховых камер.
Широкому применению безэховых камер способствует их экранирование, обеспечивающее помехозащищенность и помогающее решить вопрос о радиосовместимости. Радиоизмерения в экранированных камерах полностью свободны от различных естественных и искусственных радио- и электропомех, что позволяет выполнять точные измерения. Благодаря созданию в безэховых камерах стабильных электромагнитных, механических и климатических условий, измерения и испытания радиоаппаратуры могут быть легко автоматизированы.
Наиболее распространенной формой безэховой камеры является прямоугольная, так как эта форма проще всего вписывается в конфигурацию здания. Размеры камеры выбираются из условия, чтобы угол падения зеркального луча на радиопоглощающии материал стен, потолка и пола не превышал 60, так как практически у всех радиопоглощающих материалов, коэффициент отражения заметно увеличивается при углах падения более 60. В безэховых камерах с размерами, большими по сравнению с длиной волны, в которых выполняются условия многократного отражения лучей в соответствии с законами геометрической оптики, оказывается возможным покрывать радиопоглощающим материалом стены, пол и потолок лишь частично в местах падения зеркальных и двукратно отраженных лучей. Эти лучи, как правило, вносят наибольший вклад в «паразитное» отраженное поле безэховых камер.
Все радиопоглощающие материалы, в том числе и радиопоглощающие материалы для безэховых камер, должны обладать двумя непременными качествами: во-первых, обеспечивать поглощение электромагнитной энергии за счет активных потерь в толще материала, во-вторых, обеспечивать малые отражения электромагнитного поля от поверхности.
К поглощающим материалам для покрытия периферийных участков поверхностей зеркал и линз с целью получения необходимого распределения амплитуд поля в раскрыве коллиматора, предъявляется ряд специальных требований. Такие материалы должны обеспечивать низкий уровень отражений в широком диапазоне углов падения волны. Фазовая скорость распространяющейся в них волны должна быть близка к скорости в свободном пространстве. Толщина слоя такого материала, обеспечивающего ослабление отраженного поля не менее чем на 20 дБ, должна быть мала по сравнению с длиной рабочей волны коллиматора. Поглощающий материал должен быть пригоден для создания покрытий с заданным законом изменения в широких пределах коэффициента ослабления отраженного поля вдоль радиуса раскрыва зеркала или линзы.
С этой точки зрения рассмотрим основные типы РПМ. По характеру поглощения радиопоглощающие материалы делятся на материалы с диэлектрическим поглощением (за счет омических потерь) и ферриты, у которых поглощение достигается за счет магнитных потерь.
Для эффективного поглощения толщина диэлектрического материала обычно составляет около четверти длины волны. Это ограничение не создает трудностей при разработке радиопоглощающих материалов для камер сантиметрового и дециметрового диапазонов волн, и в этих диапазонах материалы с диэлектрическим поглощением широко используются для покрытия рабочей поверхности безэховых камер. Определенные трудности возникают при разработке и использовании материалов этого типа для камер, работающих в диапазоне метровых волн. По-видимому, максимальная длина волны, на которой могут быть реализованы радиопоглощающие материалы с диэлектрическим поглощением, примерно (5..6)м, при этом толщина радиопоглощающего покрытия около 2 м близка к предельной, так как в ряде случаев существенно уменьшает полезный объем камеры.
Радиопоглощающие материалы с магнитными потерями лишены этого недостатка. Так как пучность магнитного поля находится непосредственно на металлической подложке, то магнитные материалы могут эффективно поглощать и при толщинах, много меньших длины волны. Поэтому они удобны для поглощения волн метрового диапазона.
Остановимся более подробно на вопросе обеспечения малых коэффициентов отражения от радиопоглощающего материала. Большинство измерений, проводимых в безэховых камерах, требует рабочей безэховости (-60... -45) дБ. Такая безэховость может быть достигнута применением либо радиопоглощающих материалов с уровнями отражения того же порядка малости, либо гладких листовых радиопоглощающих материалов с коэффициентом отражения на несколько порядков больше, но способных формировать в основном зеркальную компоненту отраженного поля с малым диффузным рассеянием.
Области излучения заданной системы токов
Исходя из предположения, что за всплеск в центре отвечает в первую очередь распределение тока на краях апертуры, предлагались различные амплитудные распределения поля в резервной зоне и величины токов вблизи кромок коллиматора, а затем токовым методом рассчитывались распределения поля в рабочей зоне. Однако в результате этих поисков существенно уменьшить этот амплитудный всплеск поля так и не удалось. Было принято решение обратиться к фазовому распределению поля в раскрыве плоского коллиматора. В работах [6, 7] при поиске оптимального распределения для плоской апертуры рассматривается лишь амплитудная составляющая поля, при этом фаза считается постоянной по всей апертуре. Поиски проводились путем изменения фазового распределения на резервном участке. В результате при применении на резервном участке фазового распределения, изменяющегося по параболическому закону, удалось снизить амплитуду осцилляции в центре рабочей зоны.
Ниже изображено амплитудное распределение токов на резервном участке линзы, соответствующее выражению (2.37) (рис. 3.8), а также квазиоптимальное амплитудное распределение (рис. 3.8) и фазовое распределение (рис. 3.9), найденные с помощью последующей численной оптимизации. Квазиоптимальное нормированное распределение амплитуд токов по поверхности линзы для рассматриваемого примера {DKOJЯ = 100) можно выразить формулой: 1 при \p\ 0,5d; фазовое распределение токов по линзовому коллиматору Заметим, что для проведения численной оптимизации не обязательно применять полиномы, а можно выбрать любой другой удобный способ оптимизации. При этом не утверждается, что полученное в данной работе решение с использованием полиномов (3.1) и (3.2) является наилучшим, однако, оно позволяет существенно увеличить ширину рабочей зоны коллиматора по сравнению с общепринятыми на сегодняшний день размерами, поэтому предложенное здесь распределение поверхностных токов названо квазиоптимальным. Очевидно, что при изменении электрических размеров коллиматора изменится и вид квазиоптимального распределения. осы сред . " "
Формирующееся при квазиоптимальном возбуждении раскрыва поле в рабочей зоне в сечении Z = DKOJI, а = тс 12 изображено на рис. 3.10. Распределение поля, получающееся при квазиоптимальном амплитудном возбуждении апертуры (рис. 3.8), но при отсутствии фазовой коррекции, изображено на рис. 3.11.
Также влияние фазовой коррекции наглядно представлено на рис. 3.12, где показано изменение амплитуды поля в рабочей зоне коллиматора вдоль оси Z. Отметим, что именно в точках, лежащих на оси Z, наблюдаются максимальные отклонения амплитуды поля от среднего значения. На рис. 3.12 видно, что использование фазовой коррекции (кривая 2) позволяет уменьшить амплитуду осцилляции поля, примерно, на 0,15 дБ в области дальнего торца цилиндра, ограничивающего рабочую зону. При этом роль фазовой коррекции возрастает по мере удаления от раскрыва коллиматора. В то же время использование фазовой коррекции приводит к «сдвигу» картины распределения амплитуд поля вдоль оси коллиматора, поэтому распределения амплитуд на рис. 3.10 и 3.11 отличаются столь существенно. Вертикальными пунктирными линиями на рис. 3.12 отмечены граничные для рабочей зоны поперечные сечения, а также несколько характерных сечений внутри неё. Распределения амплитуд поля в этих сечениях представлены на рис. 3.13, где отчетливо видно увеличение амплитуд осцилляции поля по мере удаления от раскрыва коллиматора. При этом осцилляции увеличиваются не только в точках, расположенных на оси Z, но также и по всему объему рабочей зоны.
Коллиматор с параболическим зеркалом
Выше в качестве примера приводились распределения поля в рабочей зоне коллиматора с электрическим размером DIЛ = 100. Теперь проследим влияние изменения рабочей частоты на характеристики поля в рабочей зоне коллиматорного стенда. Рассмотрим случай зеркального осесимметричного коллиматора, при изменении амплитуд тока на поверхности зеркала по квазиоптимальному закону, представленному на рис. 3.23. Полагаем, что фокальная плоскость совпадает с ближнем торцом цилиндра, ограничивающего рабочую зону (см. рис. 2.9.) Поле на дальнем торце цилиндра (в сечении Z = l,72DKOJI, а = к 12) представлено на рис. 3.47. Оно имеет более выраженные осцилляции по сравнению с полем в фокальной плоскости, так как неоднородность поля возрастает по мере увеличения расстояния до раскрыва зеркала. Тем не менее отклонения амплитуды поля от среднего значения не превышают заданного значения ± 0,6 дБ.
Амплитудное распределение поля в рабочей зоне осесимметричного зеркального коллиматора при /Л = 100 -0 5-O.4-0J-O.2-O1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 P/Dmi Рис. 3.48. Амплитудное распределение поля в рабочей зоне осесимметричного зеркального коллиматора при D/A = 130 Увеличение рабочей частоты позволяет повысить степень однородности поля в рабочей зоне. На рис. 3.48 представлено поле в сечении Z = l,72DKOJI, a —nil для размера D/A = \3Q, при этом закон возбуждения зеркала остался неизменным (рис. 3.23). Можно отметить уменьшение амплитуды осцилляции в центре и на краях рабочей зоны по сравнению с рассматриваемым ранее случаем /Л = 100 (рис. 3.47). Уменьшение рабочей частоты, напротив, приводит к ухудшению характеристик поля в рабочей зоне. На Е рис. 3.49 изображено амплитудное г»» распределение поля в сечении Z = \,72DKOJI, а = тг/2 при D/A = 70. В
Амплитудное распределение поля в рабочей зоне осесимметричного зеркального коллиматора при DIХ = 10 этом случае амплитуда осцилляции поля резко возрастает и превышает максимально допустимые значения. Снизить неоднородность поля в этом случае можно за счет изменения закона возбуждения зеркала, увеличив резервную зону (рис. 3.50), и хотя это приведет к уменьшению ширины рабочей зоны до 68% от диаметра коллиматора, одновременно снизится и амплитуда осцилляции поля в рабочей зоне коллиматора (ширина рабочей зоны D =0,6SDKon все же в два раза превышает размер D =0,35DKOJI). В частности, на рис. 3.51 представлено амплитудное распределение поля в сечении Z = 1,72Ц.0Л, а - тг/2 при D/A, = 70 соответствующее закону возбуждения, представленному на рис. 3.50. Очевидно, что за счет изменения закона возбуждения удалось существенно снизить осцилляции поля на краях, а также несколько уменьшить амплитудный всплеск в центре рабочей зоны. В результате амплитуда осцилляции поля не превысила значений ± 0,6 дБ. і 0.8 Об 0.4 0. -0.5 -0.3 -0.1 0.1 0.3 0.5 р/А, Рис. 3.50. Квазиоптимальное амплитудное распределение токов для осесимметричного зеркального коллиматора при D/A = 0.5 -0.4 -0.1 -0.2 -0 1 0 0 1 0.2 0.3 0 4 0.5 Р/А0, Рис. 3.51. Амплитудное распределение поля в рабочей зоне осесимметричного зеркального коллиматора при D/Л = 70и квазиоптимальном распределении токов
Таким образом, ограничивающим фактором для размера рабочей зоны является минимальная частота рабочего диапазона, в котором проводятся измерения на коллиматорном стенде. Каждому конкретному значению (Z)/A)min соответствует свое квазиоптимальное распределение токов по поверхности зеркала: по мере увеличения (D/Л)тт увеличивается и участок равномерного возбуждения тока на поверхности коллиматора, а это, в свою очередь, приводит к увеличению ширины рабочей зоны. Однако увеличение участка равномерного возбуждения коллиматора происходит до тех пор, пока амплитуда осцилляции поля внутри цилиндра, ограничивающего рабочую зону, не превысит максимально допустимого значения. 3.4. Общие закономерности, определяющие характеристики коллиматоров различных типов Обобщая результаты выполненных расчетов, можно проследить зависимость относительной величины максимального поперечного размера рабочей зоны коллиматора от диаметра его раскрыва. На рис. 3.52 приведены соответствующие зависимости, характеризующие размер рабочей зоны, в пределах которой максимальные отклонения амплитуды поля от средних значений не превышают ±0,6 дБ. D / 09
На рис. 3.53 приведены графики, характеризующие взаимосвязь диапазона рабочих частот рассматриваемых коллиматоров и величины отклонений амплитуды поля в рабочей зоне SE в предположении, что установленные квазиоптимальные распределения фаз и амплитуд поля по зеркалу или по раскрыву линзы коллиматора на частоте /0 не изменяются в рассматриваемом диапазоне частот. Зависимости построены для коллиматоров с раскрывами
При неизменных в диапазоне исследуемых частот квазиоптимальных законах возбуждения коллиматоров зависимости, показывающие снижение амплитуд осцилляции поля в рабочей зоне по мере увеличения частоты, совпадают для всех трех видов коллиматоров (линзового, зеркального с симметричным зеркалом и зеркального с офсетным зеркалом).
Представляет определенный интерес сравнение квазиоптимальных распределений амплитуд по раскрыву рассмотренных коллиматоров и достижимых при этом максимальных поперечных размеров рабочей зоны. Необходимые для такого сравнения зависимости приведены на рис. 3.54, где представлены распределения амплитуд при —jm- = 100 для следующих коллиматоров: 1 — линейный коллиматор с законом возбуждения, предложенным в [7]; 2 — линейный коллиматор с квазиоптимальным законом возбуждения; 3 — линзовый коллиматор с квазиоптимальным законом возбуждения; 4 — симметричный зеркальный коллиматор с квазиоптимальным законом возбуждения; 5 — коллиматор с офсетным зеркалом и квазиоптимальным законом возбуждения.
Способы формирования требуемого распределения токов по поверхности зеркала
В настоящее время в ЦНИРТИ им. А. И. Берга выполняется доработка технологии изготовления панелей с целью замены асбестового волокна на базальтовое.
С целью подтверждения возможности использования описанного выше РПМ для регулирования амплитуды отраженной волны был изготовлен фрагмент зеркала (рис. 4.19), представляющий собой плоский металлический экран, на который нанесен многослойный РПМ. В радиальном направлении (горизонтальная ось на рис. 4.19) резервная зона зеркала была разделена на 6 участков. Параметры слоев на каждом из участков были подобраны таким образом, чтобы воспроизводился аппроксимированный ступенчатой функцией квазиоптимальный закон возбуждения коллиматора с офсетным зеркалом, изображенный на рис. 4.20. При этом отклонения коэффициента отражения не должны выходить за обозначенные пунктирными линиями пределы.
Было изготовлено и исследовано несколько типов РПМ с различными концентрациями вибраторов, а значит с различными коэффициентами передачи.
Комбинируя эти образцы, удалось получить необходимые значения коэффициентов отражения для каждого из шести участков (см. рис. 4.20).
Были проведены отдельные измерения для каждого типа РПМ (и их комбинаций), используемого на том или ином участке макета на рабочей длине волны Я = 3 см. Результаты измерений приведены в таблице 2, где представлены значения коэффициента отражения ГП на трех частотах при различных концентрациях поглощающих элементов К; параметр D — коэффициент отражения от внешней поверхности при условии бесконечно большой толщины слоя РПМ; величина X соответствует продольной координате макета. Из таблицы следует, что значения коэффициента отражения в диапазоне частот (9...11) ГГц не выходят за предельно допустимые границы, то есть диапазон рабочих частот составляет не менее 20% от среднего значения в 10 ГГц. При этом отражение от внешней поверхности для всех представленных типов РПМ не превышает -24 дБ. Что касается однородности характеристик по объему, то максимальные отклонения по мощности отраженного излучения не превышают 15% от значений приведенных в таблице 2.
Измерения зависимости коэффициента отражения проводились, на специальном стенде (рис. 4.22) при помощи векторного анализатора цепей Agilent Е8363В. Фрагмент зеркала с покрытием из РПМ плавно перемещался вдоль раскрыва рупорной антенны. Это позволило снять интегральную характеристику коэффициента отражения (синяя линия) и сравнить её с гладким квазиоптимальным законом возбуждения зеркала на резервном участке (красная линия на рис. 4.23).
Измерительный стенд Рис. 4.23. Экспериментальная и расчетная характеристики коэффициента отражения Из представленного графика видно, что до уровня коэффициента отражения в -14 дБ кривые практически совпадают. Далее они расходятся, что объясняется уменьшением коэффициента отражения от РПМ до величины порядка Г,, =-17дБ.
Полученная характеристика находится в пределах поля допусков, определенных в 4.1, и является вполне приемлемой. Таким образом, разработанный РПМ полностью отвечает требованиям, приведенным в 4.1, и может быть использован для реализации квазиоптимального закона возбуждения зеркала коллиматора.
В качестве примера, выполним непосредственный расчет поля в рабочей зоне с учетом ДН облучателя и приведенных в 4.2 характеристик РПМ. Для реализации квазиоптимального закона возбуждения предлагается совместно использовать два способа достижения требуемого распределения, а именно необходимые значения токов в
Разница будет заключаться лишь в том, что ДН выбранного облучателя будет немного шире, чем ДН облучателя, приведенного выше. Это связано с тем, что размеры рассматриваемого нами коллиматора (DKOJl IЛ = 100; FIЛ = 100.) отличаются от размеров коллиматора МАК — 5, для которого и был изготовлен первый образец. На рис. 4.24 приведена ДН выбранного облучателя (сплошная линия) и главный максимум ДН идеального гипотетического облучателя (пунктирная линия), который обеспечивает распределение токов на поверхности зеркала по квазиоптимальному закону. Диаграмма направленности выбранного облучателя создает распределение токов в центральной части зеркала, которое незначительно отличается от квазиоптимального закона возбуждения в этой области (см. рис. 4.25, а). Расхождения не превышают допустимых пределов, заданных в 4.1 (см. рис. 4.2).
Далее определяется необходимый тип РПМ (из представленных в 4.2) для нанесения его на соответствующий участок резервной области рефлектора. Параметры РПМ должны быть такими, чтобы снизить амплитуду тока, создаваемого облучателем на зеркале до значений, соответствующих квазиоптимальному закону возбуждения. Значения коэффициентов отражения в плоскости Е для РПМ с учетом ДН выбранного облучателя определяются из рис. 4.25. На данном рисунке изображены: распределение токов, создаваемое реальным облучателем (кривая 1); распределение токов, создаваемое реальным облучателем с учетом нанесенного РПМ (кривая 2); квазиоптимальный закон возбуждения зеркала (кривая 3). Далее рассчитывается поле в рабочей зоне коллиматора с учетом допустимых отклонений параметров РПМ от номинальных значений (± 15% по мощности отраженного излучения). Соответствующее амплитудное распределение поля в рабочей зоне коллиматора (в плоскости Е) показано на рис. 4.26. В результате ширина рабочей зоны составляет более 70% .
