УПРАВЛЕНИЕ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ СФЕРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

January 6, 2013 by admin Комментировать »

Лобкова л. М., Редин М. И., Мельник А. А. Стоев Ю. В. Севастопольский национальный технический университет г. Севастополь, 99053, Украина тел.: (80652) 235233, e-mail: max.redin@gmail.com, max_redin@land.ru

1 приняты следующие значения угла Θ: центральное положение луча соответствует 0=90°, направления в сторону краев рефлектора 0=180°, 0=0°, на луч ДН.

Рис. 2. Диаграмма направленности для различных вариантов взаиморасположения облучающей системы и рефлектора.

Fig. 2. Radiation pattern for different cases of reflector and radiating antenna array location

Аннотация — Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния смещения облучателя на ДН. Определены пределы сканирования лучом антенны. Выданы рекомендации к проектированию сканирующих сферических антенн.

I.                                      Введение

Для построения антенн с управляемой диаграммой направленности (ДН) целесообразно использовать сферическое зеркало в сочетании с коническим спиральным облучателем. Это обеспечивает возможность широкоугольного сканирования в достаточно широкой полосе частот. В докладе рассмотрен вопрос выбора положения облучателя и влияния его смещения вдоль фокальной оси на ДН антенны.

II.                              Основная часть

На рис. 1 представлена схема построения сканирующей сферической антенны 1 радиуса R, описываемой радиус-вектором р, с облучателем в виде

конической спирали КС 2 над экраном 4. Точка питания КС лежит на поверхности 6 радиуса          про2

ходящей через точку О’.

Рис. 1. Общий случай взаимного расположения сферического зеркала и конического спирального облучателя.

Fig. 1. General case of spherical reflector and spiral irradiator location

Согласно рис.1, облучатель (показан не в масштабе), находится в режиме сканирования на угол а при дополнительном смещении его вдоль фокальной оси в сторону зеркала «+Δ». Для расчета ДН на рис.

Как известно [1], облучение части зеркала, которая уже не аппроксимируется параболой, будет приводить к возрастанию фазовых ошибок и уровня бокового излучения (УБИ). Поэтому необходимо использовать облучатель с шириной ДН, близкой к угловым размерам эффективно излучающей площадки, оцененной в [2] и приблизительно равной 50° (с центра сферы). Такому условию при сохранении заданных частотных и поляризационных свойств удовлетворяет 4-х элементная синфазная антенная решётка, выполненная из однозаходных КС 2 (см. рис.1) над экраном 4, ориентированных своей осью по радиусу R зеркала 1, со следующими геометрическими параметрами: полный угол при вершине конуса Ψο=16°, начальный радиус спирали Го=9.5 мм, количество витков 4, шагом спирали по образующей d=15MM. Так ширина диаграммы направленности для такой решётки по уровню 0,707 составляет ΔΕθο,7= 47°; ΔΕφο,7=52°. В такой решётке все 4 элемента сонаправлены, разнесены на λ/2 между собой, образуя квадрат, и синфазно возбуждены.

Все расчеты ДН проводились с использованием математической модели поля излучения сферической антенны, приведённой в [3] и представлении тока по проводнику спирали бегущей волной. Численное моделирование характеристик излучения антенной системы проводилось в среде MathCAD 11. Исследование для сферического зеркала радиусом Рсф=1,05м проводилось на фиксированной частоте 4 ГГц. Полученные результаты сведены в табл. 1.

Представленные зависимости на рис. 2 а-г — диаграммы направленности сферической антенны при облучении её 4-х элементной антенной решёткой в плоскости XOZ (φ=0) для двух ортогональных компонент поля Ее, Εφ. На рис. 2 для наглядности мелким пунктирным маркером отмечен уровень-ЗдБ, а также для удобства оценки УБИ проведено пороговое значение УБИ для Εφ -29дБ. На всех оставшихся графиках рис. 2 этот уровень для сравнения сохранён.

Табл. 1. Параметры поля излучения сферической антенны

Table 1. Parameters of spherical antenna radiation field

Вариант на рис.2

УБИ дальних, дБ

УБИ

ближних,

дБ

ш

7

CD

ш

■г

CD

a

Ее

-30

6,5°

9,2°

0,8

Е,

-28

6,6°

10,4°

б

Ее

-36

6,6°

0,86

Еф

-32

4,2°

5,8°

в

Ее

-26

-25

6,6°

9,6°

0,8

Е,

-26

-27,3

4,8°

11°

г

Ее

-30,5

-26

О

00

CD

0,85

Еф

-30,5

-26

4,4°

III.                                    Заключение

Смещение облучателя Δ уменьшает УБЛ, сужает главный лепесток, увеличивает сектор сканирования, повышает КЭ. Рекомендуемое оптимальное смещение Δ=0,75λ при угле сканирования до а=±50°

В докладе будут приведены результаты натурных измерений. Работа выполнена в рамках г/б НИР «Персей».

[1]  Бахрах Л. Д., Галимов Г. К. Зеркальные сканирующие антенны: Теория и методы. – М.: Наука, 1981.

[2]  Лобкова Я М., Редин М. И., Троицкий А. В. Анализ характеристик излучения двухлучевой сферической зеркальной антенны.// Электроника и связь, 2005. – № 27. – С. 84-89.

[3]  Лобкова Л. М., Редин М. И., Троицкий А. В. Моделирование поля излучения в ближней зоне конформной антенной решетки// Вестник СевГТУ. Информатика, электроника, связь: Сборник научных трудов – Севастополь,

2004.       – Вып. 60. – С. 100-105.

CONTROLLING RADIATION PATTERN OF SPHERICAL ANTENNA

Lobkova L. М., Redin M. I., Melnik A. A., StoevYu. V.

Sevastopol National Technical University Sevastopol, 99053, Ukraine Ph.: (80652) 235233, e-mall: max.redln@gmall.com

Abstract — Presented in this paper are the results of theoretical and experimental research of irradiation shift influence on radiation pattern. Scanning limits of antenna beam are determined. Some recommendations for scanning spherical antennas design are given.

I.                                         Introduction

Nowadays, the parabolic scanning antenna system design is popular; however it is not an easy because of some constricting problems. The use of spherical reflector for wide angle scanning makes it possible to simplify antenna system design. For this case it is necessary to estimate potential scanning limits and irradiator shift Δ influence on radiation pattern.

II.                                        Main Part

The design of scanning spherical antenna 1 with radius R, conical spiral irradiator 2 (CSI) above metal shield is presented in Fig.1. Feeding point lies on the spherical surface with radius

—+Л· The CSI is in the scanning mode within the angle a with

radial shift A along the focal axis towards reflector.

The main results of theoretical investigation are presented in the Table 1. The calculated radiation patterns of scanning spherical-reflector antenna with radiating antenna array are shown in Fig. 2. The radiating array radial shift along focal axis Δ=0.75λ (towards reflector) gives positive results in radiation. But the radiator shift Δ=-0.75λ (backward reflector) results in pattern widening, gain lowering, side lobes level heightening, in other words defocusing.

While analyzing scanning limits of antenna beam, the following results have been found. Scanning within angle sector a=90° gives the main lobe shown in fig.2 with low level of side lobes. Scanning angle a increasing up to 110° results in the increasing of far side lobes level up to -25 dB, close side lobes – 25 dB, which is 2dB higher than for a=90°. Widening of the main lobe also takes place. That’s why the recommended sector of undeteriorated scanning for such configuration is within a=90°—optimal, within a=110°—assumed, within a=120°— maximum.

III.                                       Conclusion

Irradiator shift Δ results in side lobes level decreasing, main lobe narrowing, scanning sector widening, and the axial ratio increasing. The optimal shift recommended is Δ=0.75λ, when scanning angle limit is a=100°.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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