АНАЛИЗ ПОЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ГИБРИДНО-ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ КАССЕГРЕНА

July 31, 2012 by admin Комментировать »

Лобкова Л. М., Головин В. В., Боромекова М. А., Тыщук Ю. Н. Севастопольский национальный технический университет 99053, г. Севастополь, Украина Тел.: (0692) 23 51 52; e-mail: rt.sevgtu@stel.sebastopol.ua


Аннотация На основании разработанного метода теоретического исследования гибридно-зеркальных антенн

[1]   проведен анализ распределения токов на зеркале при использовании в составе облучателя спиральных излучателей произвольной геометрии, расположенных на конформной поверхности.

I.  Введение

Применение в качестве элементов облучающей системы гибридно-зеркальной антенны проволочных спиральных структур связано со значительными трудностями, так как они создают в ближней зоне, на поверхности зеркала поле, распределение которого асимметрично и характеризуется флуктуациями и сложной фазовой структурой. Однако, сложная структура поля, создаваемого этими излучателями на зеркале, в случае правильного подбора параметров облучающей системы позволяет без ухудшения характеристик антенны существенно упростить как структуру антенной решетки, так и диограмообразующую схему, что является актуальной задачей и требует проведения исследований.

II.  Основная часть

При анализе характеристик поля излучения ГЗА, для сокращения времени на вычисления интегралов и соответственно, расширения области исследования, можно проводить предварительный расчет распределения тока на зеркале, используя соотношения [1], составляющие магнитного поля, создаваемого первичным облучателем на поверхности большого зеркала Hx,Hy,Hz описаны в [2], преобразуя которые для

Рис. 1. Построение антенной решетки Fig. 1. Antenna array’s design principle

Так как излучателя формируют поле вращающейся поляризации, то анализ амплитудного распределения тока на зеркале проводился для составляющих Jx,Jy в ортогональных сечениях (плоскости XOZ, YOZ).

случая использования круговой цилиндрической спирали, как элемента облучающей системы получим:

Прежде всего следует определить, какое распределение на зеркале является оптимальным для однозеркальной ГЗА. Для этого воспользуемся представлением линейно поляризованного поля в апертуре зеркала, описываемого выражением:

где Гд радиус апертуры зеркала, Aj.At коэффициенты, определяющие уровень поля на краю и в центре зеркала.

Поле излучения ЗА представим в виде:

Расчеты показали, что меньшее боковое излучение возможно при равномерно спадающем от центра к краям распределении поля. Но для однозеркальной ГЗА необходимо сформировать провал и в осевом направлении, что приведет к незначительному росту УБЛ и уменьшению ширины ДН. При появлении вторичных экстремумов вблизи краев зеркала форма главного лепестка ДН ЗА искажается.

Согласно описанной в [1], [2] методике расчеты проводились для двухэлементного облучателя в диапазоне геометрических параметров спиральных излучателей и различного их положения на конформной поверхности 9] и наклона относительно фокальной оси 9П. Изменения параметров (угла наклона витков спирали р, количества витков п, радиуса образующего цилиндра а, а также 9] и 9П) проводились как одновременно для двух излучателей, так и по отдельности. При этом излучатели располагались на конформной поверхности, как это показано на рис.1.

Результаты расчетов показали, что добиться осесимметричного распределения тока, спадающего к центру и краям зеркала без вторичных экстремумов на краях зеркала можно при условии, что излучатели имеют:

1)       различное количество витков n (пх /п2 = 3/4, 5/6, 6/5, 8/5);

2)       разные углы наклона витков спирали Р (Pj/P2 = 11/19…11/23;.,.;17/19… 17/23, град);

3)       направление осей спиральных излучателей параллельно фокальной оси зеркала или отклонены от нее на 5°…10°; при этом следует учитывать ширину ДН излучателей, так как при большем отклонении от оси часть энергии будет перетекать за края зеркала.

С учетом указанных замечаний получено распределение тока, аналогичное показанному на рис.2. Видно, что в обеих плоскостях составляющие тока незначительно отличаются друг от друга, что подтверждает существование поляризации поля излучения близкой к круговой, эллиптичность которой обусловлена появлением кроссовой составляющей.

Рис. 2. Распределение тока на зеркале для излучателей с параметрами Pj = 14°, р2 = 21°,

П = 5, еп1 = 170°, еп2 = 185°

Fig. 2. Current distribution on the reflector surface for radiators with parameters Pj =14°,P2 = 21°, n = 5, enl = 170°, en2 = 185°

I.    Заключение

По результатам моделирования тока на зеркале проведены расчеты характеристик поля излучения ГЗА и предложена упрощенная модель облучателя, состоящего из спиральных излучателей, расположенных на конформной поверхности, при котором реализуются требуемый режим излучения ГЗА.

II.   Список литературы

[1 ] Лобкова Л. М., Головин В. В., Афонин Ф. И. Математическая модель поля излучения однозеркальной ГЗА. 12-я международная конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». (КрыМиКо 2002). Севастополь, 10-14 сентября 2002 г. Материалы конференции. Севастополь: «Вебер», 2002. 674 с.

[1] Лобкова Л. М, Розвадовский А. Ф., Фунтов Р. С. Направленные и поляризационные свойства малоэлементной конформной антенной решетки из зигзагообразных излучателей. 12-я международная конференция «СВЧтехника и телекоммуникационные технологии». (КрыМиКо 2002). Севастополь, 10-14 сентября 2002 г. Материалы конференции. Севастополь: «Вебер», 2002. 674 с.

THE ANALYSIS OF A HYBRID-REFLECTOR ANTENNA’S RADIATION FIELD

Lobkova L. М., Golovin V. V.,

Boromekova M. A., Tyschuk U. V.

Sevastopol national technical university 99053, Sevastopol, Ukraine phone: (0692) 23 51 52; e-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract The analysis of a current distribution on a reflector surface is carried out on the basis of a hybrid reflector antenna’s (HRA) theoretical method designed in [1] for the antenna feed in the form of spiral radiators of arbitrary geometry located on a conformal surface.

I.  Introduction

The application of spiral structures as elements of an hybrid reflector antenna feed system is connected with considerable difficulties, because they create on a reflector surface an asymmetrical near field distribution, characterized by fluctuations and complicated phase pattern structure. However, in case of appropriate choice of feed system parameters the complicated structure of a field pattern created by these radiators on a reflector surface allows to simplify essentially both the array antenna structure and beamforming network. This is an actual problem requiring the research.

II.  Main part

To decrease the time necessary for integral calculation in analysis of HRA radiation far field performance, also resulting in broadening of a research field, one can perform the preliminary calculation of current distribution on the reflector surface, using relationships of [1]. The magnetic field components Hx, Hy, Hz in [1 ] created by the primary feeder on a surface of a

major reflector are given in [2]. Then converting these components for a case of a circular helix structure as an element of a feeding system, we will obtain (1)-(3). First of all it is necessary to define, what distribution on a mirror is optimum for onereflecting HRA. For this purpose we will take advantage of a linear-polarized field representation on the aperture of a mirror.

The calculations have shown that radiation with smaller side lobes is possible if the field distribution uniformly falls down from center to edges. But for a one-reflector antenna it is also necessary to form a null along axial direction, resulting in negligible increase of side lobe level and decrease the beam width of far field radiation pattern. After the appearance ofthe secondary extrema near to reflector edges the shape of a far field main lobe is distorted.

According to a method considered in [1], [2] calculations performed for the two-element irradiator in a range of geometrical parameters of spiral radiators and their different positions on a conformal surface, as shown in fig. 1.

Calculated results showed, that it is possible to achieve rotationally symmetric current distribution falling down to both center and edges of a mirror without secondary maxima on mirror edges provided that the radiators have:

1)  different amount of coils П ;

2)  different angles of inclination of spiral coils P ;

3)  direction of spiral emitter axes is parallel to the focal axis of a mirror or inclined about it within 5°… 10°.

Taking into account considerations pointed out above the current distribution obtained is similar to that shown in fig. 2. One can see, that in both planes current components are slightly differ from each other, that confirms existence of radiation field polarization closed to circular, with eccentricity being dependent upon a cross component.

III.  Conclusion

The calculations of radiation field performances ofthe HRA are carried out on the basis of the results obtained for simulation of current distribution on a reflector surface. And the simplified model of the feeding system consisting of spiral emitters, located on a conformal surface is proposed, resulting in required radiation condition of an HRA.

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