Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Моноимпульсные антенные системы 12
1.1 Моноимпульсные облучатели для зеркала, линз или фазированных антенных решёток с пространственным способом возбуждения
1.2 Моноимпульсные антенные решётки 22
1.3 Методы оптимизации суммарной и разностных диаграмм направленности
1.4 Выводы 33
Глава 2 Характеристики направленности щелевых излучателей 35
2.1 Аналитическое решение характерисктик направленности щелевого излучателя Вивальди
2.2 Анализ характеристик направленности антенн на основе симметричных щелевых линий с помощью метода моментов ...
2.3 Тестовая задача 49
2.4 Фазовая характеристика щелевого излучтеля 51
2.5 Выводы 56
Глава 3 Исследование электродинамических характеристик щелевых излучающих элементов моноимпульсного облучателя
3.1 Исследование, характеристик излучающих элементов облучателя 58
3.2 Выводы 84
Глава 4 Широкополосные мостовые устройства на основе микрополосковой и щелевой полосковых линий .
4.1 Общие характеристики и типы мостовых устройств 85
4.2 Мостовые устройства на связанных линиях с боковой связью 87
4.3 Полосково-щелевой мост 93
4.4 Выводы 103
Глава 5 Широкополосный моноимпульсный облучатель 104
5.1 Конструкция моноимпульсного облучателя из четырех щелевых излучателей 104
5.2 Исследование характеристик направленности широкополосного моноимпульсного облучателя 106
5.3 Исследование фазовых характеристик моноимпульсного облучателя 113
5.4 Исследование характеристики схемы возбуждения моноимпульсного облучателя 116
5.5 Выводы 120
Заключение 121
Список литературы 123
- Моноимпульсные антенные решётки
- Анализ характеристик направленности антенн на основе симметричных щелевых линий с помощью метода моментов
- Мостовые устройства на связанных линиях с боковой связью
- Исследование характеристик направленности широкополосного моноимпульсного облучателя
Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
В основу построения современных радиосредств и систем связи, локации, пеленгации, радиоэлектронной борьбы, радиомониторинга, радиоконтроля и других технических приложений наиболее часто закладываются малогабаритность и сверхширокополосность в области антенн.
В последние годы в антенной технике возникла необходимость создания интегрированных антенных систем, обеспечивающих совместную работу различных радиосистем. Для совмещения различных функций радиосистем современная антенная система должна обеспечивать приемлемые характеристики направленности в широкой полосе.
Совмещение излучателей различных диапазонов в одной антенной системе приводит к ухудшению характеристик направленности антенной системы, работающей в одном диапазоне, из-за взаимодействия излучателей этого диапазона с излучателями других диапазонов. Кроме того этот подход приводит к увеличению стоимости и массогабаритных параметров антенной системы. Поэтому создание малогабаритных широкополосных излучателей является одним из наиболее важных направлений.
В настоящее время в радиолокационной технике для идентификации летательных аппаратов (ЛА) с очень малой эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР) стали интенсивно заниматься сверхширокополосными сигналами. В системах связи также стали использоваться сверширокополосные сигнали. В таких областях как пассивная радиопеленгация, отслеживание спутников, радиоастрономия, системы следящего углового измерения, спутниковая связь, некоторые оптические
следящие системы, беспроводные компьютерные системы и т.д., в которых применяется автоматическое сопровождение целей, возникла необходимость создания моноимпульсных антенных систем, работающих в широкой полосе. В радиотехнических системах СВЧ диапазона применяются самые разнообразные типы антенн. Особое место среди них занимают так называемые антенны оптического типа. К ним относятся главным образом зеркальные и линзовые антенны. Важным элементом зеркальной и линзовой антенны является облучатель, многом определяющий характеристики всей антенной системы. Построение широкополосных моноимпульсных антенных систем связано с разработкой излучающего элемента и построением устройства возбуждения, обеспечивающих работу в широкой полосе.
Излучающий элемент широкополосного моноимпульсного облучателя должен обладать малыми массогабаритными параметрами и обеспечивать требуемое изменение характеристик направленности в рабочей полосе частот. Этим требованиям удовлетворяют излучатели на основе симметричных щелевых линий. Излучатель на основе симметричных щелевых линий (TSA- Tapered Slot Antenna) был предложен Льюисом [31] в 1974. Щелевый излучатель с экспоненциально расширяющейся щелью, называемый антенна «Вивальди» был предложен Gibson [32] в 1979 году.
Излучатели на основе симметричных щелевых линий (в том числе излучатель «Вивальди»), в отличие от других излучателей, обладают выигрышами в массогабаритных характеристиках, диапазонности и совместимость с микроволновыми интегральными схемами (MIC). Эти излучатели может выполняться как в металлическом (проволочном), так и в печатном исполнении.
Мосты, с которыми строятся компараторную схему моимпульсной системы, должны обладать широкой полосой. Для практической реализации моноимпульсного режима работы применяются мостовые устройства с фазовым соотношением между плечами моста 180, обладающие малыми массогабаритными параметрами и обеспечивающими требуемое изменение рабочих характеристик в полосе частот. Мостами называются направленные ответвители (НО) с переходным ослаблением 3 дБ. Волны напряжений в выходных плечах моста обладают постоянным фазовым сдвигом в рабочем диапазоне частот. Направленные ответвители находят широкое применение в различных радиосистемах. Они используются при построении смесителей и переключателей, а также в качестве сумматоров и делителей в схемах сложения мощностей генераторов, в измерительной технике, в диаграммообразующих схемах антенн. Реализация различных коэффициентов связи позволяет строить на основе направленных ответвителей распределительную систему антенной решетки с неравномерным амплитудным распределением. Всё это представляет интерес, как с научной, так и с практической точки зрения.
Поэтому проектирование и создание широкополосного моноимпульсного облучателя для антенны является актуальной научно-технической задачей.
Цель и задачи работы.
Целью настоящей работы является электродинамическое моделирование моноимпульсного облучателя антенны в целях исследования характеристик излучения в суммарном и разностных каналах и согласования облучателя в широком частотном диапазоне.
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе требует решения следующих основных задач:
-Анализировать литературу по тематике, связанной с различными
моноимпульсными антенными системами и искать путь(возможности)
построения широкополосного моноимпульсного облучателя. -Выбрать тип излучателя для излучающей части облучателя и установить
возможность использования выбранных излучателей в качестве
излучающего элемента облучателя. -Установить доставерность результатов, рассчитанных с помощью
электродинамического моделирования. -Исследовать характеристики выбранных излучателей в широком
диапазоне частот. -Исследовать характеристики широкополосного моноимпульсного
облучателя из выбранных излучателей. -Найти возможные варианты построения широкополосных мостовых
устройств для компараторной схемы моноимпульсного облучателя и
исследовать их характеристики в широкой полосе.
Методы исследований.
Вычислительные методы электродинамического моделирования, методы теории антенн, численные методы математического анализа, системы электродинамического моделирования.
Научная новизна работы
заключается в следующем: -Предложены и исследованы широкополосные мостовые устройства на
микрополосковой и щелевой полосковой линиях. -Проведено электродинамическое моделирование излучателей,
применительных к широкополосному моноимпульсному облучателю
антенн.
-Представлены результаты электродинамического моделирования
моноимпульсного облучателя из четырых щелевых излучателей.
Практическая значимость результатов работы.
Проведенный электродинамический анализ и результаты показывают практическую возможность построения широкополосного моноимпульсного облучателя, работающего в полосе частот не менее 2.5:1.
Достоверность полученных результатов.
Достоверность полученных результатов подтверждается хорошим совпадением расчетных характеристик излучателя с известными экспериментально измеренными и также подтверждается совпадением в частных случаях полученных теоретических характеристик с ранее известными результатами.
Основные положения, выносимые на защиту. -Построение широкополосных мостовых устройств на основе
микрополосковых и щелевых полосковых линий. - Построение широкополосных излучателей на основе симметрично
расширяющихся щелей для излучающей части моноимпульсного
облучателя. -Построение широкополосного моноимпульсного облучателя.
Апробация результатов работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались на 4 конференциях:
"Моноимпульсные антенные системы", Зо Мое Аунг, Труды пятой молодежной научно-технической конференции «Радиолокация и связь-перспективные технологии», Москва, 15-16 марта 2007 г.
"Моноимпульсные антенные системы", Зо Мое Аунг, Труды научно-технической конференции молодых ученых «Информационные
технологии и радиоэлектронные системы», Москва, 19 апреля 2007 г.
"Широкополосный полосково-щелевой мост", Зо Мое Аунг, Труды 4-ой международной молодежной научно-технической конференции «Современные проблемы радиотехники и телекоммуникаций РТ-2008», Севастополь, Украина, 21-25 апреля 2008 г.
"Широкополосный моноимпульсный облучатель", Зо Мое Аунг, Труды научно-технической конференции молодых ученых «Информационные технологии и радиоэлектронные системы», Москва, 21 апреля 2008 г.
Публикации.
По основным результатам выполненных в диссертации исследований опубликованы три статьи:
"Моноимпульсные антенные системы (обзор работ)". Зо Мое Аунг, Антенны, «РАДИОТЕХНИКА», № 3, 2007 г.
"Широкополосный моноимпульсный облучатель". Зо Мое Аунг, Антенны, «РАДИОТЕХНИКА», № 12, 2007 г. .
"Широкополосные мостовые устройства на основе микрополосковой и щелевой полосковых линий". Д. И. Воскресенский, Е.В. Овчинникова, Зо Мое Аунг, Антенны, «РАДИОТЕХНИКА», № 1, 2008 г.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа изложена на 130 машинописных страницах и состоит из введения, пяти разделов, заключения и списка использованных источников. Иллюстративный материал представлен в виде 100 рисунков и 15 таблиц. Список использованных источников включает 77 наименований на 8 страницах.
Первый раздел диссертации содержит обзор по материалам российских и других зарубежных источников по тематике, связанной с моноимпульсными антенными системами.
Рассмотраны конструкции моноимпульнсных антенных систем в том числе моноимпульсные облучатели для зеркала, линз или фазированных антенных решёток с пространственным способом возбуждения и моноимпульсные антенные решётки.
Рассмотрены основные наиболее важные методы оптимизации суммарной и разностных диаграмм направленности антенных систем.
Во втором разделе диссертации представлено аналитическое решение характерисктик направленности щелевых излучателей.
Приведено аналитическое решение характерисктик направленности щелевых излучателей с помощью физической модели из двух расходящиеся проводников, обтекаемых бегущей волной тока 1(х) = I -е~г'х, аналогично
излучению в ромбической антенне. Расчитены ДН этой модели.
В качестве тестовой задачи, приведено сравнение известных теоретических результатов, полученных методом моментов, с экспериментальными результатами и с расчетными полученными нами результатами электродинамического моделирования.
Рассмотрены фазовые характеристики щелевых излучателей и возможности использования этих излучателей в качестве излучающих элементов моноимпульсного облучателя.
В третьем разделе диссертации проведено исследование электродинамических характеристик щелевых излучающих элементов.
Рассмотраны различные конструкции щелевых излучателей применительно для моноимпульсного облучателя. С использованием метода параметрической оптимизации и пакета электродинамического моделирования (CST Microwave Studio) проведено исследование характеристик направленности различных типов широкополосных щелевых
излучателей на основе симметричных щелевых линий.
В четвертом разделе диссертации представлены предложенные мостовые устройства для сверхширокополосной системы, основанные на микрополосковой и щелевой полосковой линиях и обладающими хорошими амплитудными и фазовыми характеристиками в широкой полосе частот. Приведены результаты расчета характеристик мостовых устройств.
В пятом разделе диссертации проведено электродинамическое моделирование широкополосного моноимпульсного облучателя из четырых двухсторонных щелевых излучателей.
Представлены результаты исследования электродинамических характеристик облучателя. Облучатель имеет КСВн меньше двух в полосе от бГТц до 16 ГГц. Рассмотраны различные конструктивные испольнения схемы возбуждения моноимпульсного облучателя и исследованы характеристики одного типа схемы возбуждения. Так же посмотрена компоновка моноимпульсного облучателя.
Моноимпульсные антенные решётки
Этот облучатель имеет высокий коэффициент полезного действия (КПД), независимое эффективное управление уровнем боковых лепестков (УБЛ) для суммарного и разностных каналов с помощью сети формирования луча (рис. 1.10), и возможность регулирования высокой мощности. 32-элементный моноимпульсный облучатель формирует суммарную и разностные диаграммы направленности с УБЛ меньше чем -30dB в полосе (2800 - 3200 МГц). Этот моноимпульсный облучатель имеет 69.5 % эффективность апертуры, учитывая 0.1 dB потери на боковое излучение и 1.40 dB потери в распределительной системе. На рис.(І.П.а) и рис.(І.П.б) показаны суммарная и разностных диаграмм направленности антенной решётки.
В [15] проведено исследование микрополосковой моноимпульсной антенной решётки из 64 элементов в Х-диапазоне (рис. 1.16) и гибридного узла. Рассмотрены различные методы проектирования. Моноимпульсная антенная решётка состоит из четырёх отдельных 16-элементных антенных решёток. Диаметр общей антенны составляет 24.5 см, шаг решётки - 0.59 (оси х) и 0.69-Яо (оси у), и толщина подложки(РК4) - 1.6 мм. Моноимпульсная антенная решётка работает в полосе 200 МГц (средняя частота - 10 ГГц) и излучает поле с линейной поляризацией.
Пленарная моноимпульсная антенна на радиальной линии (рис.1.20.) с высокой коэффициентом полезного действия для спутниковой мобильной связи предложена в [17]. Такие моноимпульсные антенны можно выполнять с равномерным распределением поля апертуры без потерь благодаря тому, что возбуждающие штыри излучателей можно возбуждаться с помощью стоячей волны радиальной линии, которая закорочена на конце. Моноимпульсная антенна допускает синтезировать суммарную и разностные диаграммы направленности благодаря использованию многопортового возбуждения. Если радиальная линия возбуждаются двумя штырями синфазно или противофазно, то можно ситезировать суммарную или разностную диаграмму направленности соответственно в одной главной плоскости. А если радиальная линия возбуждаются четырьмя штырями, можно синтезировать в двух главных плоскостях (рис. 1.20.).
В [18] представлена планарная антенная решётка из кольцевых щелей(аппи1аг slot planar arrays), которая формирует суммарно-разностные диаграммы направленности в главных плоскостях. При проектировании антенной решётки использованы четыре секторные(90) радиальные волноводы, на верхней широкой станке которых прорезаны линейные щели (рис. 1.21.).
На секторных радиальных волноводах распространяются волны типа Н1а. Антенная решётка излучает поле с линейной поляризацией и работает в Х-диапазоне. Антенная решётка на базе радиальных волноводов обладает следующими преимуществами по сравнению зеркальной антенны сравнимого размера: (1) сравнимое усиление, (2) улучшение подавления обратного излучения, и (3) лучшие массо-габаритные характеристики.
Синтез диаграммы направленности с концентрическими решётками из кольцевых щелей в значительной степени рассмотрен в [19]. Решения для мод волны и полных сопротивлений радиального волновода приведены в [20].
В [21 ] предложено конструирование щелевой антенны на радиальной линии (RLSA-radial line slot antenna) (рис. 1.22). Эта антенная решётка формирует одновременно две диаграммы направленности: одна игольчатая и одна коническая. При сравнении этих диаграмм направленности можно получить угловые координаты цели. Излучатель этой антенны (в виде пары щелей рис. 1.23) предназначен для излучения поля с левой круговой поляризацией.
Антенна работает в полосе 13.4 - 14 ГГц. Две диаграммы направленности получаются при возбуждении антенны с помощью очень простой цепи возбуждения (рис. 1.24). В эту цепь возбуждения включает схема матрицы Батлера (рис. 1.25).
Анализ разностных диаграмм направленности, обладающих оптимальными свойствами при использовании дольф-чебышевского распределения, рассмотрен в [22]. В [23] определено распределение электромагнитного поля по апертуре, которое обеспечивает максимальный теоретический коэффициент усиления разностного канала.
В [28] для оптимизации разностных диаграмм направленности моноимпульсных антенн применен гибридный дифференциальный метод расчёта (hybrid differential evolution method). Дифференциально-эволюционный алгоритм (differential evolution Algorithm) принадлежит к типу генетического и эволюционного алгоритма, широко используемых при синтезе антенны и в других областях прикладной электродинамики.
Рассмотренные в литературе моноимпульсные антенные системы позволяют формировать суммарную и разностные диаграммы направленности в разных типах антенн для различных диапазонах (S, С, X, Ku, W), обеспечивают излучение различных уровней мощности. Однако эти облучатели и моноимпульсные антенные решётки обладают относительно узкими полосами пропускания. Разработаны оптимизации и синтез суммарной и разностных диаграмм направленности различными методами. Применение генетического алгоритма позволяет оптимизировать разностной диаграммы направленности линейных моноимпульсных антенных решёток.
В настоящее время для идентификации летательных аппаратов (ЛА) с очень малой эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР) стали интенсивно заниматься сверхширокополосными сигналами. В системах связи также стали использоваться сверхширокополосные сигналы [30]. Поэтому в настоящее время возникла необходимость создания широкополосные моноимпульсные антенные системы. В известных литературах отсутствуют моноимпульсные антенные системы, работающие в широкой полосе, что желательно для новых различных многофункциональных систем.
Анализ характеристик направленности антенн на основе симметричных щелевых линий с помощью метода моментов
В настоящее время имеется большое количество публикаций, посвященных методам расчета характеристик направленности излучателей Вивальди [42-47].
Одним из наиболее простых приближенных методов расчета является метод, основанный на замене излучающей щели эквивалентной системой бегущей волны из вибраторов разной длины, расположенных на расстоянии d /2. Для расчета характеристик направленности излучателя Вивальди этим методом также удобно применять ступенчатую аппроксимацию.
В работе [44] для расчета характеристик направленности щелевой антенны с линейно расширяющейся щелью применен метод моментов. Метод позволяет достаточно точно определить характеристики излучения линейно расширяющихся щелевых антенн без подложки и приближенно определить характеристики антенн на диэлектрической подложке, имеющей малую диэлектрическую проницаемость и электрическую толщину. Эти параметры ограничены следующим соотношением:
При большой толщине в подложке возникают поверхностные волны, которые ухудшают характеристики направленности. Используемый метод моментов не зависит ни от размера излучающей апертуры, ни от размера ребер 2Я (рис.2.6(a)). Метод основан на определении поля излучения антенны путем решения интегральных уравнений, связывающих поле с токами, протекающими по проводящим поверхностям антенны. В соответствии с геометрией проводящих поверхностей, они могут быть разбиты на элементы прямоугольной или треугольной сеткой.
Поверхностные токи каждого элемента имеют две компоненты. Компонента, протекающая вдоль стороны L, называется передаваемой модой и обозначена JTRA. Компонента, протекающая вдоль стороны Н, называется излучающей модой и обозначена JRAD. Направления JTRA и JRAD показаны на рис.2.6(б). Общее число мод каждого элемента определяется выражением NH\NL -l)+ NL(NH -І). Где NL и NH обозначены полное число элементов разбиения проводящей поверхности по длине и по ширине соответственно.
Мнимый показатель степени Ф(6, ф) в третьем сомножителе формулы (2-13) носит название фазовой характеристики направленности антенны по главной поляризации излучения. Функция Ф(0, ф) характеризует изменение фазового сдвига компонента главной поляризации при перемещении точки наблюдения по поверхности большой сферы радиуса R с центром в начале выбранной системы координат и, таким образом, существенно зависит от этого выбора. В таких системах как навигация, пеленгация, самонаведение, посадка и другие авиационных и космических системах потревует определять положение точки, в соответствии которой функиция Ф(Э, ф) не зависит от 9 и ф (т.е. Ф(Э, ф) = const) [49].
Если эквифазная поверхность представляет собой сферу (за вычетом возможных скачков на Х/2 при переходе через нуль амплитудной ДН), то центр этой сферы носит название фазового центра атенны. Для удаленного наблюдателя фазовый центр является именно той точкой антенны, откуда исходят сферические волны излучаемого поля. Наиболее простой фазовой характеристикой антенны является постоянная функция Ф(0,ф)= Ф(в, р) = Ф0±л: , где Фо —константа. В этом случае эквифазные поверхности имеют вид сфер и фазовый центр совпадает с началом координат. Если же функция Ф(0, ф) не постоянна, то возможны два случая: 1) антенна имеет фазовый центр, не совпадающий с началом координат; 2) атенна вообще не имеет фазового центра. В обоих случаях удается уростить вид фазовой характеристики путем надлежащего переноса начала системы координат [48].
На практике многие антенны (рупорные, спиральные, турникетные и др.) и антенные решетки не имеют фазового центра в строгом понимании [48,49]. Однако и для таких антенн можно указать точку (так называемый центр излучения), относительно которой поверхность равных фаз наименее уклоняется от сферической, а фазовая характеристика наиболее близка константе.
В нашем случае излучатли из расширяющихся щелей относятся к классу антенн бегущей болны. С изменением длины волны происходит перемещение области интенсивного излучения и их фазовых центров перемещаются при изменении частоты. Такие соображения позволяют определить на начальной стадии ориентировочно положения электрического (фазового) центра.
Построена упрощенная физическая модель их двух расходящихся проводников, обтекаемых бегущей волной тока 1{х) = 1 -е у х, аналогично в ромбической антенне. Расчитены ДН этой модели. Сравнены результаты анализа с результатами электродинамического моделирования.
Предложена расчётная эмпирическая формула ширины ДН излучателя Вивальди, зависящиеся от параметров излучателя и длины волны. Правильность этой формулы подтверждается полученными результатами электродинамического численного моделирования.
Рассмотрен анализ характеристик направленности антенн на основе симметричных щелевых линий с помощью метода моментов. Этот метод позволяет достаточно точно определить характеристики излучения линейно расширяющихся щелевых антенн без подложки и приближенно определить характеристики антенн на диэлектрической подложке, имеющей малую диэлектрическую проницаемость и электрическую толщину. Установлена достоверность рассчитанных ДН с помощью пакета электродинамического моделирования по сравнению теоретическими и экспериментальными результатами. Рассмотрана фазовая характеристика щелевого излучтеля и возможность использования щелевых излучателей в качестве излучающего элемента облучателя.
Мостовые устройства на связанных линиях с боковой связью
Для определения рабочих характеристик мостовых устройств на связанных линиях с волной типа Т широко используются матричные методы. В книгах [48,58,59,61-76] приведены как общие соотношения связывающие, амплитуды падающих и отраженных волн, а также токи и напряжения на входах произвольного восьмиполюсника, так и соотношения, определяющие элементы матрицы рассеяния и классической волновой матрицы передачи для направленных ответвителей на связанных линиях с определенным типом связи.
В настоящее время в области моделирования СВЧ устройств существует множество программ, предлагающих различные подходы к компьютерному решению электродинамических задач (MICROWAVE STUDIO, MICROWAVE OFFICE, HP HFSS). Так для разработки устройств, с преимущественно планарными структурами эффективно используются САПР (Системы автоматизированного проектирования) на основе различных реализаций метода моментов (IE3D, FEKO, TriD, Momentum, Sonnet, EMSight).
Определим в широкой полосе частот рабочие характеристики мостовых устройств на связанных линиях с боковой связью.
Теоретических ограничений для применения полосковых линий в области низких частот не существует. В некоторых устройствах полосковые линии служат для передачи постоянного тока. Практически, поскольку размеры полосковых резонансных элементов на очень низких частотах становятся значительными, рекомендуется применять полосковые линии на частотах выше 100 МГц. На высоких частотах применение полосковых систем ограничено требованиями высоких допусков на изготовление, а также наличием потерь в линии передачи. На волнах короче 1 см массогабаритные преимущества полосковых линий по сравнению с волноводными практически отсутствуют, поэтому в коротковолновой части миллиметрового диапазона волн в основном используются волноводные линии передачи. Диапазон частот полосковых линий значительно шире, чем у стандартных прямоугольных волноводов и составляет 100 - 30000 МГц [58].
На рис.(4.1) показан общий вид однозвенного моста на связанной симметричной полосковой линии. На рис.(4.2) приведены зависимости коэффициента отражения от входа и коэффициентов передачи от частоты. На рис.(4.3) приведены фазочастотные характеристики (ФЧХ) однозвенного полоскового моста. Перекрытие диапазона = Л_„/Л„=2, где Л_в и Л„ -граничные длины волн в линии передачи. На рис.(4.4) показаны зависимости коэффициентов стоячей волны по напряжению (КСВн) на всех четырех входах однозвенного полоскового моста (во всех входах моста КСВн 1.3 в полосе частот 0.5 - 2.5 ГТц).
На рис.(4.6) приведены зависимости коэффициента отражения от входа однозвенного мостового устройства и коэффициентов передачи от частоты. На рис.(4.7) показаны фазочастотные характеристики этого моста. На рис.(4.8) показаны зависимости КСВн на всех четырех входах моста. Во всех входах моста КСВн 1.35 в полосе частот 8-20 ГГц.
Таким образом, результаты расчетов характеристик известных мостовых устройств на связанных полосковой и микрополосковой линиях с боковой связью показывают что, эти мосты можно работать в достаточно широкой полосе частот, при которой сигнал делится пополам между выходами (т.е. коэффициент связи в связанных линиях: - 3 дБ). Но наличие малых зазоров (S=0.017MM, см. рис.4.5) между проводниками снижает электрическую прочность и изготовление таких мостовых устройств на связанных линиях приводит к трудностям технологического характера. Кроме того, фазовая характеристика мостовых устройств на связанных линиях является не удовлетворительным для моноимпульсной системы.
Предложим конструкцию широкополосных мостов, имеющих хорошую развязку по поляризации, малые массу и габаритные размеры и идеальный (180) фазовый сдвиг между плечами. Развязка в данном мостовом устройстве осуществляется за счет поляризации, которая не зависит от частоты.
Входное сопротевление на входах 1, 2, 3 и 4 полосково-щелевого моста состовляет 320Q, 36Q, 73С1 и 73Q соответственно. Для того чтовы получить стандартное входное сопротивление 50Q. на всех входах полоковой линий исследованы характеристики широкополосного полосково-щелевого моста. На рис.(4.18) показана конструкцию моста, имеющего входное сопротивление 50Q. на всех входах полоковой линий.
Исследование характеристик направленности широкополосного моноимпульсного облучателя
С использованием параметров излучателя, исследованных в разделе (3.1.2) и пакета электродинамического моделирования исследованны характеристики широкополосного облучателя. При этом щаг решётки в Е и Н-плоскоях состовляет dy=20 мм и dz=20 мм.Суммарные диаграммы направленности облучателя, построенные на четырёх двухсторонних щелевых излучателях (см. Рис.5.2) в Е и Н-плоскостях приведены на (рис.5.4) и (рис.5.5) соответственно. На (рис.5.6) и (рис.5.7) показаны разностные диаграммы направленности облучателя в Е и Н-плоскостях на разных частотах. При этом шаг решётки на двух плоскотях: d=20 мм.
Таким образом для решетки из четырех излучателей, расположенных в пространстве получили все необходимые суммарно-разностные характеристики и согласование в диапазоне частот от 6 ГГц до 16 ГГц. При изменении частоты от 6 до 16 ГГц, ширина луча суммарной ДН изменилась от 68 до 24 градусов в Е-плоскости и от 68 до 23 градусов в Н-плоскости соответственно.
В разделе (2.4) рассмотрели фазовые характеристики некоторых конструкций щелевых излучателей и результаты работ [50, 51]. В нашем случае с помощью пакета программирования просчитаны фазовые центры при изменении частоты. Графики изменения фазового центра одиночного двухстороннего щелевого излучателя показаны на рисунке (5.12).
На схеме моноимпульсной антенной системы (рис. 1.1) видно, что для того чтобы формировать суммарную и две разностные ДН нужно построить компараторную схему из четырех моста. Конструктивное оформление суммарно-разностных каналов может быть иметь различные конструктивные испольнения. При этом расчет будет включать нетолько излучатели и мости но и соединительные линии. На рис.5.15 показана один из вариантов построения схемы возбуждения из четырех полосково-щелевых мостов (см. Рис.4.18), исследованных на разделе(4.3).
1. Обзор и анализ литературы показал необходимость и бозмоэюность построения широкополосных моноимпульсных антенных системах на современной элементной базе, и выявил ряд перспективных излучающих элементов и устройств возбуждения для построения широкополосных моноимпульсных облучателей. В опубликованных работах рассмотрена оптимизация и синтез суммарной и разностных диаграмм направленности различными методами. Применение генетического алгоритма позволяет оптимизировать разностной диаграммы направленности линейных моноимпульсных антенных решёток.
2. Представлено аналитические решения характерисктик направленности щелевых излучателей. Приведено сравнение теоретические результаты с экспериментальными результатами и с расчетными результатами с помощью пакета электродинамического моделирования (CST Microwave Studio). Рассмотрены фазовые характеристики щелевых излучателей и возможности использования этих излучателей в качестве излучающих элементов моноимпульсного облучателя.
3. Рассмотрены три варианта конструкции щелевых излучателей, применителъных к широкополосному моноимпульсному облучателю и с использованием метода параметрической оптимизации получены параметры излучателей, работающих в диапазоне 2,5:1 и более. Исследованы характеристики этих излучателей с помощью пакета электродинамического программирования (CST Microwave Studio) различных типов излучающих элементов на основе расширяющейся щелей.
4. Предложены конструкции нового типа сверхширокополосных мостовых устройств для моноимпульсных атенных систем. Исследованы характеристики сверхширокополосных моноимпульсных мостовых устройств. Мосты имеют хорошую развязку по поляризации, малые массу и габаритные размеры и близкий к идеальному 180 фазовый сдвиг между каналами. Эти мосты можно создаваться с использованием печатной технологии.
5. Рассмотрены схемы построения широкополосных моноимпульсных облучателей из выше исследованных излучателей и исследованы характеристики широкополосных моноимпульсных облучателей, работающей в диапазоне 2,5:1 и более. Рассчитано изменение фазового центра облучателя в полосе. Получены результаты, позволяющие создать моноимпульсный облучатель с перекрытием полосы 2,5:1 и более. Предложены различные конструктивные исполънения компараторной схемы моноимпульсного облучателя и исследованы характеристики одного типа схемы. Посмотрена компоновка моноимпульсного облучателя.