Реферат: Совмещенные двухчастотные ФАР

Уровень этих лепестков по полю

                   (4.3)

В (4.1) - (4.3) b₀(q) -коэффициент прохождения плоской волны при ее падении под углом q₀ на периодическую систему параллельных проводников в плоскости, перпендикулярной осям проводников, а b_n(q₀) - комплексная амплитуда n-й плоской волны (n-й пространственной гармоники), возникающей при дифракции плоской волны с единичной амплитудой на периодической структуре и распространяющейся в направлении q_n.

Для совмещенных ФАР достаточно большого размера (L>>10l₁) уровень дополнительных боковых лепестков и уменьшение КУ практически не зависят от амплитудного распределения в ВЧ диапазоне, но существенно зависят от направления q₀ основного лепестка ДН. Соотношения (4.1), (4.3) справедливы, если поверхность раскрывая s₁ ВЧ ФАР полностью перекрывается поверхностью раскрывая s₂ НЧ ФАР. Если же коэффициент перекрытия поверхности , то снижение КУ и уровень дополнительных боковых лепестков будут

                                                                                                      (4.4)

                                                                                                                                      (4.5)

Анализ рис. 4.4 показывает, что с увеличением расстояния d_x/l₁ между соседними вибраторами в НЧ ФАР по сравнению с длиной волны ВЧ ФАР, что эквивалентно увеличению отношения рабочих часто f₁/f₂, уровень дополнительных боковых лепестков и снижение КУ уменьшаются, а с увеличением электрической толщины вибраторов k₁r₂ - увеличиваются. Кроме того, искажения, вносимые излучателями НЧ ФАР в поле ВЧ ФАР, гораздо меньше при взаимно ортогональной линейной поляризации излучателей ВЧ и НЧ ФАР. Следует отметить, что (4.1), (4.3) - (4.5) не учитывают влияния системы питания и крепления НЧ вибраторов на рассеяние поля ВЧ ФАР. Последнее особенно заметно проявляется при взаимно ортогональной поляризации в диапазонах f₁ и f₂. При этом (4.1), (4.3) - (4.5) могут давать несколько заниженные оценки искажений в ВЧ диапазоне.

Для оценивания максимальных искажений в секторе сканирования ВЧ ФАР |q₀|≤60° и при 0,05≤k₁r₂≤0,5, d_x/l≥2 можно воспользоваться следующими экстремальными значениями амплитуд гармоник для случаев совпадающей линейной поляризации ВЧ и НЧ ФАР:

                                                                                                      (4.6)

С учетом (4.6) получаем следующие простейшие оценки огибающих наибольшего снижения КУ (G/G₀)_min в разах и максимального уровня дополнительных боковых лепестков (Δ_n)_max в децибелах для линейной совпадающей поляризации ВЧ и НЧ ФАР:

                                                                                                 (4.7)

                                                                   (4.8)

Необходимо подчеркнуть, что оценки (4.7), (4.8) дают границы наихудших ситуаций, возникающих в секторе сканирования, а получены они без учета повторных переотражений между апертурами ВЧ и НЧ ФАР. Зависимости этих оценок сплошной и штриховой линиями соответственно для ряда значений d_x/l₁ и q₀=0 показаны на рис. 4.5. Учет повторных переотражений между апертурами ВЧ и НЧ ФАР приводит к дополнительным изменениям характеристик совмещенных ФАР. Так, при совмещении

                                                                                (4.9)

где - коэффициенты отражения от апертуры ВЧ и НЧ ФАР при падении на них плоской волны под углом q₀.

Максимальные дополнительные боковые лепестки в децибелах

                            (4.10)

Как следует из (4.9), изменив расстояние h между апертурами ВЧ и НЧ ФАР, можно для определенного направления максимума ДН добиться минимального снижения КУ ВЧ ФАР из-за совмещения. При этом величину h выбирают из условия . Зависимость на рис. 4.6, которая приведена для примера, построена для случая, когда в качестве ВЧ ФАР была выбрана решетка волноводных излучателей с треугольной сеткой расположения излучателей размером 0,605l₁х0,5l₁ апертуры полноводного излучателя. Излучатели были размещены вплотную друг к другу, причем толщина их стенок полагалась равной нулю.

При сканировании в широком секторе углов максимальное снижение КУ ВЧ ФАР почти не зависит от h/l₁. Максимальный уровень дополнительных боковых лепестков в ВЧ диапазоне можно уменьшить за счет более равномерного распределения в пространстве переизлучаемой излучателями НЧ диапазона мощности ВЧ диапазона. Это реализуемо в конформных (выпуклых) и неэквидистантных НЧ ФАР. Так, для слабо эквидистантой НЧ ФАР, излучатели которой смещены вдоль координаты X по случайному гауссовскому закону с дисперсией относительно своих средних координат , образующих регулярную сетку с периодом d_x0 при условии равноамплитудного возбуждения НЧ-излучателей падающим ВЧ полем средний уровень уменьшения m-го дополнительного бокового лепестка по сравнению с оценкой (4.10)

                                                                                           (4.11)

где М — число излучателей в НЧ ФАР.

Как видно из рис. 4.7, даже для относительно небольшого числа излучателей М=10 можно существенно подавить дополнительные боковые лепестки. Отметим, что зависимости от больших значений s/dx0 (см. рис. 4.7) характеризуют потенциально допустимый уровень подавления в НЧ ФАР с большим числом излучателей. При относительно небольшом числе их средний уровень подавления может существенно отличаться от уровня подавления в конкретной реализации и для достижения его надо подбирать конкретную реализацию неэквидистантной НЧ ФАР.

Для плоской слабо неэквидистантной ФАР с излучателями, смещенными случайным образом относительно регулярной прямоугольной сетки их расположения с шагами d_x0 и d_y0 по осям ОХ и ОY, уровень подавления mn-го дополнительного бокового лепестка

                                                            (4.12)

где  - дисперсии смещения излучателей по осям ОХ и ОY; М, N — числа излучателей по осям ОХ и ОY.

Характеристики НЧ ФАР при совмещении меняются незначительно. Нижняя ВЧ ФАР служит для НЧ ФАР своеобразным дополнительным экраном. Если ВЧ ФАР образована из плотно расположенных открытых концов прямоугольных волноводов, широкая стенка которых размером d₁ параллельна оси ОY, ее влияние эквивалентно наличию идеального отражателя с фазой коэффициента отражения . Поэтому в присутствии волноводной ВЧ ФАР ДН одиночного НЧ вибратора

                                                                                   (4.13)

где через F₀(q) обозначена ДН НЧ вибратора в отсутствие ВЧ ФАР.

Если излучателем ВЧ ФАР служат вибраторы, то ВЧ ФАР вместе с реальным металлическим экраном - эквивалентный экран. Это приводит к изменению оптимального расстояния h₂ от реального экрана до плоскости НЧ ФАР. Зависимость оптимального относительного расстояния h₂/l₂ от отношения частот совмещаемых ФАР при q₀=0 представлена на рис. 4.8. Расчеты показывают, что при оптимально выбранном расстоянии h₂ для q₀=0 влияние ВЧ ФАР не приводит к заметному изменению КУ при сканировании лучом НЧ ФАР по сравнению с расположением ее над идеальным металлическим экраном. Таким образом, при совмещении в НЧ диапазоне характеристики практически не меняются, если правильно выбрано расстояние между апертурами НЧ и ВЧ ФАР. Дополнительные боковые лепестки из-за совмещения в НЧ диапазоне не возникают.