Проектирование антенны для организации связи в Ка диапазоне частот на линии «Спутник-Земля» (Электрический и конструктивный расчет), страница 3

На рисунке 3.3 и 3.4 представлены конструкция и условная схема волноводно-щелевого делителя мощности (ВЩМД). Он состоит из двух прямоугольных волноводов, в общей узкой стенке которых прорезано отверстие связи длиной l. При возбуждении одного из его входов в области отверстия связи возбуждаются волны Н_no, причем распространяющимся, как правило, являются волны Н₁₀ и Н₂₀. Из-за разницы в их фазовых скоростях при распространении, от места возбуждения к противоположным входам ВДМ образуется фазовый сдвиг Δφ, который определяет, в каком отношении мощность СВЧ делится между этими входами.

При проектировании антенны за основу был взят –3дБ НО, то есть коэффициент связи равен –3дБ. Рассчитаем фазовый сдвиг Δφ:

                                   ,

где С₄₁ – коэффициент связи.

Поперечные размеры a НО для того чтобы волны Н₁₀ и Н₂₀ в области отверстия связи находились в докритическом режиме, а высшие типы волн в закритическом, выбираются исходя из условия:

                                                                   

Возьмем за основу a/λ=1,3, таким образом а=0,02 м.

Длина отверстия для волноводного делителя мощности минимальной длины:

               (3.7)

Фазы колебаний в выходных плечах 3 и 4 ВЩДМ при условии равенства амплитуд волн Н₁₀ и Н₂₀ в области отверстия связи:

   (3.8)  

(3.9)

Как видно из (3.8) и (3.9), разность фаз колебаний в выходных плечах ВЩМД равна π/2. Такие делители мощности называют квадратурными.

Приведенные формулы являются приближенными. Они не учитывают отражений, которые возникают в окрестностях острых ребер, образуемых в местах  скачкообразного перехода общей узкой стенки входных волноводов к отверстию связи. Длину отверстия связи следует выбирать несколько больше рассчитанной. На графике, рисунок 3.5, приведены уточненные зависимости длин l/λ ВЩДМ от ширины a/λ их отверстия связи при различных значениях С₄₁. Геометрические размеры ВЩДМ позволяют обеспечить значение С₄₁, близкое  к заданному, при хорошем согласовании входов даже без введения в отверстия связи согласующих элементов. Используя график (рисунок 3.5) для выбранного a/λ=1,3, получаем l/λ=0,987 отсюда следует, что l=0,015. То есть значение l полученное с использованием графика больше, чем полученное с использованием формулы (3.7).

Делители мощности характеризуются, как коэффициентом вязи С_ij между j-м и i-м печами и фазой коэффициента связи Ф_ij коэффициентом отражения на  i-м входе Г_i, коэффициентом стоячей волны на i-м входе К_{ij Ui}, развязкой между плечами R_kj, направленностью B_ik.

Все перечисленные параметры выражаются через элементы матрицы рассеяния (МР). Для определения численных значений элементов МР можно воспользоваться зависимостями изображенных на рисунках 3.6-3.11. На рабочей длине волны элементы матрицы рассеяния имеют следующие значения:

Рассчитаем параметры ВЩДМ:

Коэффициент связи – это отношение мощностей Р_i, прошедшей в плече i, к мощности Р_j, поданной на вход j при подключении согласованных нагрузок к остальным плечам, дБ:

Фаза коэффициента связи определяется  фазой s_ij элемента МР:

Коэффициент отражения на i-м входе ДМ представляет собой модуль соответствующего диагонального элемента МР:

Коэффициент стоячей волны определяется через :

Плече k называют развязанным по отношению к j-му плечу, если мощность в него не поступает при возбуждении j-го плеча. В реальных ДМ часть мощности попадает в развязанное плече k. Развязка между k-м и j-м плечами определяется как отношение мощности, подаваемой на вход j, к мощности в развязанном плече, дБ:

Направленность между i-м и k-м плечами ДМ – это отношение мощности на входе рабочего i-го плеча к мощности, прошедшей в развязанное плече k из-за неидеальности ДМ при возбуждении j-го плеча и наличии согласованных нагрузок на всех остальных входах, дБ:

3.4.2 Расчет фазовращателя

В разрабатываемой схеме многолучевой ФАР возможно применение двух различных типов ФВ. Они отличаются только тем, что один может вносить фазовый сдвиг только с постоянной величиной, а другой может изменять его. Выбор того или иного типа зависит от того какая будет ФАР со сканирующими или стационарными лучами. Если антенна будет санирующая, то естественно потребуются регулируемые фазовращатели.