Разработка конструкции печатных дипольных ФАР в целом

3. Разработка конструкции печатных дипольных ФАР в целом

Для реализации излучающего антенного полотна (излучающей части) ФАР были выбраны уединенные дипольные излучатели с добавлением «ласточкина хвоста», описанные ранее в разделе 2. Так как ФАР состоит из совокупности одинаковых излучателей, изложим на конкретном примере порядок расчета требуемого количества излучателей исходя из данных, поставленных в техническом задании.

Пусть угол сужения диаграммы направленности в плоскости вектора напряженности электрического поля составляет , а уровень боковых лепестков . Исходя из этих требований по обобщенным графикам и таблицам работ [1, 3] находим нужное количество излучателей  при условии равномерного возбуждения и поляризационных свойств, описанных в разделе 1.1.

В результате печатная дипольная фазированная антенная решетка будет реализована на диэлектрической подложке 487.3575.4 мм, толщиной 1.5 мм, с относительной диэлектрической проницаемостью . Излучателями являются вибраторы, образованные четвертьволновыми печатными проводниками, размером 212 мм, толщиной 20 мкм, расположенными в верхней части лицевой стороны подложки. Обратная сторона подложки полностью облицована медной фольгой 20 мкм, кроме той части, где расположены излучатели. В этой части находятся «ласточкины хвосты». Питание ФАР осуществляется коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением  Ом.

Допуская, что 10 % мощности, поступающей от генератора, теряется в нагрузках 9-канального делителя мощности, считаем, что оставшаяся часть (равная 90 % от всей мощности генератора) делится поровну на 9 излучателей. Получается, что к каждому излучателю подводится мощность, равная 10 % мощности генератора, и из этого следует, что КПД проектируемой ФАР равен 90 %. Зная, что в каждый излучатель поступает 10 % мощности генератора, рассчитаем основные параметры делителя.

Рассмотрим ситуацию на центральной частоте, когда . Пусть делитель мощности реализуется на полосковых направленных ответвителях. В этом случае для дальнейшего понимания принципа работы антенны следует непременно проработать материалы методических указаний [10] и поработать с литературой, приведенной в библиографическом списке упомянутых указаний. Тогда станет ясно, что для любой величины коэффициента связи  несимметричных полосковых линий элементы матрицы рассеяния будут равны [10]:

                                    (3.1)

Пусть компенсирующие фазосдвигатели пока отсутствуют. Тогда при М, равном 9, и величинах  (), равных

         (3.2)

вдоль дипольных излучателей формируется равномерное амплитудное распределение

                                                      (3.3)

и линейно убывающее фазовое распределение  , показанное на рис. 3.1:

              (3.4)

При этом разность фаз  возбуждения соседних излучателей с входа фазированной антенной решетки, определяемая как

                                                         (3.5)

составит минус 90 градусов () и максимум диаграммы направленности ФАР будет отклонен вправо от нормали к антенному полотну (от направления в зенит верхней полусферы окружающего антенну пространства) на угол [3]:

                                                                   (3.6)

Рис. 3.1

В результате со входа 9-элементной ФАР формируется направленное излучение с уровнем боковых лепестков минус 13 дБ и углом отклонения максимума от нормали на 30 градусов вправо при КПД луча . Для обеспечения другого угла  отклонения луча входа при том же уровне боковых лепестков и КПД следует реализовать соответствующую величину  разности фаз соседних излучателей за счет включения в разрывы определенных участков схемы фиксированных фазовращателей с матрицами рассеяния, характерными для всепропускающих четырехполюсников [5]. При этом должно быть ясно, что, поскольку плечи 1 и 4 (или 2 и 3) каждого направленного ответвителя развязаны между собой (передача энергии в трактах 14 и 23 отсутствует или осуществляется с весьма большим затуханием порядка 20…30 дБ), включать фазосдвигатели для корректировки  имеет смысл только в разрывы между излучателями и ответвителями первой линии передачи () и/или выше ее, т. е. в разрывы между излучателями и ответвителями линии передачи. Следует также подчеркнуть, что физически реализуемые фазосдвигатели вносят только отрицательный фазовый сдвиг, и это следует учитывать при формировании фазового распределения с положительной разностью фаз возбуждения соседних излучателей (углом наклона влево от направления в зенит).