УМЕНЬШЕНИЕ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ УГОЛКОВЫХ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

June 11, 2012 by admin Комментировать »

Дахов В. М., Горобец Н. Н. Харьковский национальный университет им В. Н. Каразина Харьков 61077, Украина Тел.: (0572) 457175; e-mail:Nikolay.N.Gorobets@univer.kharkov.ua

Аннотация Рассмотрена возможность уменьшения первых боковых лепестков уголковых волноводно-щелевых антенных решеток (АР) бегущей волны соответствующим возбуждением малого числа излучателей на этапе проектирования. Для этого использовались математические модели решетки либо при отсутствии излучателя, либо при его противофазном возбуждении, либо одновременно обе модели для различных излучателей.

I.  Введение

Уголковые АР [1] позволяют сохранять направление главного максимума диаграммы направленности (ДН) в направлении биссектрисы угла раствора АР в диапазоне частот. Расстояния между излучателями в уголковой АР отличаются от резонансного расстояния, которое равно половине длины волны в волноводе. Последнее обстоятельство позволяет избавиться от «эффекта нормали» в уголковых АР. Кроме того, для уголковых АР существует оптимальный угол раствора, при котором обеспечиваются максимальные значения параметров (КНД, коэффициент рассеяния и др.) [1]. В настоящей работе исследованы возможности уменьшения уровня первых боковых лепестков уголковых АР на стадии проектирования надлежащим выбором способа возбуждения малого числа излучателей решетки.

II.  Основная часть

Возможность подавления первых боковых лепестков в равноамплитудных линейных АР путем противофазного возбуждения пары крайних или близких к крайним излучателей показана в [2]. В [3,4]этот эффект исследован более подробно и изучены дополнительные возможности уменьшения уровня первого бокового лепестка линейных антенн с резонансным расстоянием между излучателями, когда амплитуда возбуждения А выбранных излучателей принимает значение А=0 (отсутствие излучателя), либо А=-

1  (противофазный излучатель). Выбор таких значений амплитуды корректирующих излучателей особенно удобен при конструировании волноводно-щелевых антенн с переменно-фазно-связанными с полем волны возбуждения продольными щелями, так как первый случай соответствует отсутствию щели, а второй

–    переносу щели зеркально относительно середины широкой стенки волновода.

Была рассмотрена уголковая волноводно-щелевая АР с центральным возбуждением, с симметричным распределением амплитуд возбуждения и с одинаковой комплексной ДН D всех щелей. Комплексная ДН f такой АР в плоскости расположения волноводов описывается выражением  где N число щелей в каждой секции (половине) АР, Р разность фаз между соседними щелями, 5-угол наклона секций относительно перпендикуляра к биссектрисе угла раствора АР, хп расстояние щели от вершины угла раствора АР вдоль волновода, 0 угловая сферическая координата точки наблюдения.

Как видно из записи ДН уголковой АР, представление ее в пригодном для анализа аналитическом виде довольно сложно. Поэтому анализ влияния изменения направленных характеристик АР проводился численным моделированием. При расчетах амплитуды возбуждения симметрично выбранных относительно центра АР излучателей задавались равными «О» или «-1» и определялись следующие характеристики АР: ширина главного лепестка ДН по половинной мощности, КНД, коэффициент рассеяния по уровню -ЗдБ, и коэффициенты качества, как это определено в [1].

В таблице приведены результаты расчетов изменения уровней первого и максимального боковых лепестков (БЛ) уголковой АР на основе волновода сечением 23x10мм2 для длины волны Х0=3.22см, 5=7.5° и N=10 для случаев А,=0 и Aj=-1. Соответствующие значения уровней БЛ линейной АР (5=0) при Ап=1 равны: Ui°=Umax0=-13.6 дБ.

i

UV, дБ

Umax, ДБ

i

UiJ, дБ

Umax\ ДБ

1

-9.4

-9.2

1

-6.0

-5.8

2

-9.9

-9.8

2

-8.0

-6.7

3

-12.8

-10.9

3

-9.5

-8.3

4

-14.3

-12.3

4

-12.0

-8.2

5

-16.3

-12.2

5

-16.0

-8.0

6

-18.9

-13.7

6

-23.0

-9.1

7

-17.8

-14.6

7

-50.1

-9.8

8

-18.4

-15.6

8

-39.5

-10.4

9

-17.8

-15.7

9

-17.3

-12.1

10

-11.6

-11.0

Как видно из таблицы, чем дальше находится выбранный излучатель от центра АР (кроме ближайших к краю секции), тем ниже уровни и первого, и максимального БЛ. Кроме того, положение максимального БЛ сдвигается в сторону больших углов наблюдения, что приводит к изменению БЛ между первым и максимальным. Так, второй БЛ для \=7 равен -26.4дБ, а для j=7 он равен -16.5дБ. Таким образом, БЛ в этих случаях имеют достаточно низкий уровень в некотором секторе углов наблюдения.

В случае, когда одновременно А=0 и Aj=-1 выделить какую-то общую закономерность трудно. Однако оказалось, что максимальный уровень БЛ в этом случае выше. Поэтому при анализе результатов расчетов следует отдать предпочтение отдавалось ДН с наименьшим Umax и малыми уровнями БЛ в секторе углов вблизи главного лепестка. На рис.1 приведены примеры различных рассчитанных ДН уголковой АР с постоянным и скорректированными распределениями амплитуд возбуждения щелей.

Рис. 1 ДН уголковой АР: N=10, Ао=3.22см, 3=7.5°

Fig. 1. Far field patterns of the corner antenna array: N=10, Ao=3.22cm, 5=7.5°

Исследование влияния коррекции возбуждения уголковой АР на ее характеристики показало следующее (по сравнению с аналогичными характеристиками линейной АР при Ап=1): ширина главного лепестка ДН может как уменьшаться, так и увеличиваться, причем при ее уменьшении уровень БЛ выше. КНД уменьшается, а коэффициент рассеяния увеличивается примерно в два раза. Соответственно и показатели качества АР, равные отношениям КНД к коэффициенту рассеяния и к произведению ширины ДН на коэффициент рассеяния существенно уменьшаются.

I.     Заключение

Проведенные расчеты ДН волноводно-щелевой уголковой АР со скорректированным возбуждением, когда амплитуда возбуждения малого числа соответствующим образом выбранных излучателей принимает значения «О», «-1» или их комбинацию показали, что выбором положения излучателей можно получить ДН с подавлением БЛ в секторе углов наблюдения вблизи направления главного максимума ДН. Такой метод коррекции может быть применен на этапе конструирования уголковых АР. Результаты проведенных исследований применимы и для линейных и уголковых АР вибраторных, микрополосковых и других излучателей, возбуждаемых в середине АР.

II.   Список литературы

[1 ] Горобей, Н. Н., Горобей, Ю. Н., Дахов В. М. Уголковые антенные решетки бегущей волны с центральным возбуждением. Радиофизика и радиоастрономия, 2000, т. 5, №4, стр.416-423.

[2]  Горобей, Н. Н., Горобей, Ю. Н. Подавление боковых лепестков излучения антенных решеток с переменнофазным распределением. “Всесюзное совещ. по приземному распространению радиоволн и электромагн. совместим.”, Улан-Удэ, 1990, стр.91-92.

[3]  Горобей, Н. Н., Горобей, Ю. Н., Дахов В. М. Уменьшение боковых лепестков линейных антенных решеток. В кн. 9-я Международная Крымская конференция "СВЧ техника и телекоммуникационные технологии". Материалы конференции [Севастополь, 13-16 сентября 1999 г.]. Севастополь: Вебер, 1999, стр. 221-222.

[4]  Горобей, Н. Н., Горобей, Ю. Н., Дахов В. М. Подавление боковых лепестков антенных решеток коррекцией возбуждения малого числа излучателей. В кн.: ”Прац1 УНД1РТ”, Одесса, 2001, № 2(26), стр.81-85.

SIDE-LOBE DECREASE IN THE CORNER WAVEGUI DE-SLOT ANTENNAS ARRAY

DakhovV. М., Gorobets N. N.

Karazin’s Kharkiv National Univercity

4        Svoboda Sq. Kharkiv 61077, Ukraine phone: (05722) 457175 e-mail: Nikolay.N.Gorobets@univer.kharkov.ua

Abstract The possibility of decreasing the first side lobes of the corner waveguide-slot antenna arrays (AA) with traveling waves by suitable excitation of small number of radiators during the designing stage is considered. Thereto three mathematical models of the array are used: either without radiators, or with radiator under antiphase excitation or two mentioned models simultaneously for different radiators.

I.  Introduction

The corner antenna arrays allow retaining the direction of the main maximum of far field pattern along bisector of AA corner angle within the frequency band. Spacing between radiators in the corner AA differ from the resonance distance equaled to half of waveguide wavelength. The latter circumstance gives chance to avoid the “effect of normal “ in corner antennas. More over the corner AA-s have the optimal corner angle, providing the maximum values of antenna performance (directivity, scattering coefficient etc.)[1]. In this paper the possibilities of decrease the first side lobe levels of the corner AA are investigated, which are performed on the designing stage by the appropriate choice of excitation the small number of AA radiators.

II.  Main part

The corner waveguide-slot AA with the central excitation having symmetrical amplitude distribution and the same complex far field pattern D of slot radiators is considered. The analysis of an effect of the AA directional characteristic variations is carried out with computational modeling for waveguideslot antenna array made on the basis of rectangular waveguide of 23x10mm2 cross-section, for free space wavelength Xo=3.22cm and for optimal angular aperture 71-25=165° For each pair of radiators located symmetrically about the array center the exciting amplitudes are either “0” or “-1 ”, or combination of these variants.

Calculations for excitation amplitudes “0” or “-1” showed that the farther is radiator considered from the AA center, the lower are the first and maximum side lobes. Moreover, the position of maximum side lobe shifts to the bigger observation angles leading to the side lobe variation between the first and maximum side lobe level. Thus the second side level is -26.4dB for i=7, whereas for j=7 it is -16.5dB. So the side lobe level in these cases has sufficiently low level in a certain sector of the observation angles.

When A|=0 and Aj=-1 simultaneously, it is difficult to detect some regularity, however in this case it turned out that maximum side lobe level is higher. So during the analysis of the calculation results the far field patterns with minimal Umax and small side lobe levels in the angular sector nearby the main lobe are preferred. Fig.1 displays the examples of different corner AA far field patterns calculated for both constant and corrected amplitude distributions of the slot excitations. Under these conditions the beam width of the far field pattern main lobe can be either increased or decreased, and for the later case side lobe level is higher, AA directivity is decreased and scattering coefficient is twice as bigger. Corresponding AA quality performance (AA directivity divided by scattering coefficient or by product of scattering coefficient times beam width) [1] is significantly decreased.

III.  Conclusion

The considered method of decreasing the side lobe levels in the angular sector can be used during the design stage for the corner antenna arrays of different types.

Finally, adopting a Weighted Average Method (WAM), the resonant frequency of the MSDRA is calculated

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты