Конструктивные схемы коммутационных решеток

Одним из простейших типов коммутационных решеток является решетка, составленная из отражательных фазовращателей (рис. 3.12) и облучаемая первичным облучателем.

Другим типом коммутационных решеток, в которых используются отражательные фазовращатели, является решетка, изображенная на рис. 3.13.

Рис. 3.12. Коммутационная отражательная решетка: 1 - рупорный облучатель; 2 - отражательная решетка.

Данная решетка соответствует последовательной схеме распределения энергии с параллельным включением фазовращателей. Характерной особенностью в данном случае является использование направленных элементов связи - крестообразных щелей 2. За счет направленной связи извлеченная из питающего волновода 1 энергия направляется в сторону отражательного фазовращателя 3, а затем излучается через открытый конец волновода. При этом некоторая часть энергии попадает обратно в питающий волновод. Величина связи каждого излучателя-фазовращателя

Рис. 3.13. Отражательные фазовращатели в коммутационной решетке с последовательным распределением мощности СВЧ.

 

6-479

зависит от требуемого амплитудного распределения и определяется по формулам (3.2). Принцип действия крестообразного направленного ответвителя описан в [Л. 3].

Рис. 3.14. Коммутационная решетка с фазовращателями на волноводных мостах: 1 – питающий волновод; 2 – волноводные мосты; 3 – отражательные фазовращатели; 4 - излучатели - открытые концы волноводов; 5 – элементы связи.

Рис. 3.15. Линейная коммутационная решетка с фазовращателями ответвляющего тона.

Решетка с проходными фазовращателями на волноводных мостах представлена на рис. 3.14. В качестве элементов связи здесь могут быть использованы круглые отверстия, щели и т д.

Рис. 3.16. Плоская коммутационная решетка с фазовращателями ответвляющего типа.

Рис. 3.17. Распределитель плоской коммутационной решетки.

 

 

Рис. 3.18. Коммутационная решетка с фазовращателями на волноводных мостах и распределителем в виде свернутого рупора: 1 - отражательные фазовращатели; 2 - волноводные мосты;   3 – свернутый рупор.

 

 

6*

Отличительной особенностью коммутационных решеток с фазовращателями ответвляющего типа (рис. 3.15) является то, что питающий фидер используется не только для распределения энергии между излучателями, но и для создания управляемых фазовых сдвигов, так как он является неотъемлемой частью фазовращателя.

Рис. 3.20. Антенная система с плоской сканирующей решеткой в качестве вспомогательного зеркала.

Рис. 3.19. Плоская сканирующая антенная решетка.

Из линейных решеток, изображенных на рис. 3.14, 3.15, можно набрать плоские двумерные решетки. На рис. 3.16 показана плоская решетка с фазовращателями ответвляющего типа, набранная из отдельных линейных решеток. Распределение энергии между линейными решетками осуществляется с помощью резонансного распределителя 2, который состоит (рис. 3.17) из отрезков волноводов, закороченных с одного конца и связанных через резонансные щели с питающим волноводом, также закороченным с одного конца. Расстояние в отрезках волноводов от закороченных стенок до щели связи и от центра последней щели до закорачивающей стенки питающего волновода разветвителя . Размеры питающего волновода выбираются такими, чтобы расстояние между щелями связи в питающем волноводе было равно половине длины волны в этом волноводе. Поворот щелей связи относительно осевой линии питающего волновода выбирается из условия согласования и получения требуемого амплитудного распределения.

 

 

Для распределения энергии между линейными решетками может быть использован также свернутый рупор.

На рис. 3.18 показана коммутационная решетка квазиоптического типа с проходными фазовращателями на волноводных мостах.

 

Рис. 3.21. Макет 9-элементной сканирующей решетки из керамических стержневых излучателей: а - стержневая антенна; б – подстроечный статический фазовращатель; в - управляемый фазовращатель; г - распределитель мощности.

 

 

Облучателем решетки в данном случае является секториальный рупор. Другие конструкции коммутационных решеток представлены на рис. 3.19 - 3.21.

 

Порядок расчета

Обычно бывают заданными к. н. д. или ширина диаграммы направленности, сектор сканирования, уровень боковых лепестков и точность установки луча.

Заданная величина уровня боковых лепестков и требуемая точность установки луча определяют величину дискрета изменения фазы, т. е. число позиций фазовращателей, и амплитудное распределение в решетке.

По заданным значениям к. н. д. или ширины диаграммы направленности, выбранному амплитудному распределению, а также величине сектора сканирования с помощью формул табл. 3.1, а также (3.3), (3.4) определяются размеры антенны. По величине сектора сканирования по формулам (3.7)-(3.9) находится расстояние между излучателями и число фазовращателей.

При определении числа позиций дискретно-коммутационных фазовращателей по максимальному уровню боковых лепестков целесообразно представить заданное значение уровня боковых лепестков в виде суммы двух слагаемых, одно из которых принимается за максимальный уровень коммутационных лепестков, а другое за уровень боковых лепестков антенны без коммутационных фазовых ошибок. Тогда по величине первого слагаемого по формулам (3.29), (3.31) можно будет определить ∆, по величине второго - характер амплитудного распределения в решетке согласно данным табл. 3.1.

 Максимальный уровень коммутационных лепестков выбирается таким, чтобы число требуемых позиций  фазовращателя было меньшим. Это позволяет использовать наиболее простые по конструкции фазовращатели. С другой стороны, нельзя брать слишком малым второе слагаемое, т. е. уровень боковых лепестков идеальной антенны, так как в антенне потребуется использовать резко спадающие к краям распределения амплитуд, что приведет к необходимости увеличить размеры решетки для обеспечения заданной ширины диаграммы направленности или величины к. н. д.

В зависимости от конкретных требований к антенной решетке в каждом случае находится компромиссное решение.

Далее выбирается схема распределения энергии и включения фазовращателей, тип фазовращателей, излучателей, элементов связи и т. д., производится расчет этих узлов, диаграммы направленности и разрабатывается конструкция.

 

 

Литература

1. «Современные проблемы антенно-волноводной техники». Сб. статей под ред. А. А. Пистолькорса. Изд-во «Наука», 1967.

2. Власов В. И., Берман В. И. Проектирование высокочастотных узлов радиолокационных станций. Судпромгиз, 1961.

3. Фрадин А. З., Рыжков К. В. Измерение параметров антенн. Государственное издательство литературы по вопросам связи радио, 1962.

4. «Устройства СВЧ с полупроводниковыми приборами». Проектирование и расчет. Под ред. Мальского И. В. и Сестрорецкого Б. В. Изд-во «Советское радио», 1969.

 

 

Глава 4

 АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ С ОПТИМАЛЬНОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ