WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

- метод АОП основан на оптимизации целевого функционала, зависящего от коэффициентов Фурье ортогональных гармоник фазового распределения и их числа при известных направлениях прихода помех, с учетом минимального снижения коэффициента усиления, стабилизации главного направления луча антенны и максимальной глубины провалов в помеховых направлениях;

- синтезируемые дискретные фазовые распределения определяются в среднеквадратическом приближении в пределах всего раскрыва, они оказываются устойчивыми по отношению к случайным локальным возмущениям амплитуды и фазы, вызванным деградацией или отказами отдельных элементов в процессе эксплуатации антенной решетки.

- метод АОП позволяет выделить в антенном раскрыве локальные группы элементов, фазовые возмущения в которых наибольшим образом влияют на качество получения необходимой ДН;

На рис. 1 приведен пример формирования провала в ДН линейного раскрыва.

а б

г д

Рис.1. а – синтезированное ФР с помощью метода АОП на нормированном раскрыве, б – исходная ДН (пунктир) и ДН с провалом; в - непрерывное ФР (пунктир) и дискретное фазовое распределение, г – ДН в случае непрерывного ФР (пунктир) и ДН в случае дискретного ФР.

Показатели качества сформированного провала приведены в табл. 1.

Таблица 1

Направление

провала, град

Номер гармоники

Глубина провала, дБ

Снижение КУ, дБ

Средняя

глубина провала при изменении частоты на + 5 %, дБ

Максимальное снижение КУ при изменении частоты на + 5 %, дБ

3+5

39

-0.017

20

- 0.021

3+5 (дискретное)

35

-0.021

20

-0.024

Из табл. 1 видно, что корректно выбранное дискретное фазовое распределение обеспечивает формирование провала, который по своим характеристикам практически не уступает провалу, полученному с помощью непрерывного фазового распределения.

Метод «групповой» адаптации (ГА). Алгоритмы метода АОП могут использоваться и в том случае, когда направление прихода помех неизвестно.

Известные методы адаптации в условиях отсутствия информации о координатах ПП сводятся к поэлементному подходу, т.е. перебору сочетаний фазовых сдвигов на отдельных элементах (группах элементов) для достижения экстремального значения некоего целевого функционала. Выбор групп элементов при этом носит, как правило, интуитивный характер и количество возможных сочетаний резко увеличивается с увеличением количества элементов АР.

Главное отличие алгоритмов формирования нулей ДН методом АОП от традиционных в том, что синтезируется фазовое распределение определяется на всем нормированном раскрыве, которое зависит от числа элементов ФАР.

Суть этого подхода состоит в последовательном сканировании провалами в ДН при заранее известных значениях коэффициентов Фурье, причем фазовые возмущения на каждом шаге итерации в силу ортогональности их линейным гармоникам ФР не изменяют угловой ориентации главного лепестка.

Вторая глава содержит результаты исследований по формированию провалов в заданных направлениях в ДН плоских раскрывов.

Для формирования провала в ДН плоских раскрывов с помощью метода АОП необходимо производить расчет двумерных гармоник ФР. Пример формирования провала для квадратного раскрыва приведен на рис. 6.

а б

Рис. 5. а – синтезированное ФР с помощью метода АОП на нормированном плоском раскрыве, б – исходная ДН (пунктир) и ДН с провалом.

Показатели качества сформированного провала приведены в табл. 2.

Таблица 2

Направление

провала, град

Номер гармоники

(тип фазового распределения)

Глубина провала, дБ

Снижение КУ, дБ

Средняя

глубина провала при изменении частоты на + 5 %, дБ

Максимальное снижение КУ при изменении частоты на + 5 %, дБ

03+07

41

-1.111

26.5

-1.233

Из таблицы 2 видно, что подавление, помехи в выбранном направлении составляет -41 дБ при одновременном снижении КУ -1.233 дБ.

Метод эквивалентного линейного раскрыва (ЭЛР) в задаче фазового синтеза плоских ФАР произвольной формы.

Несмотря на определяемый методом АОП общий закон фазового распределения, не зависящий от числа элементов, в том случае, когда число элементов в раскрыве достигает нескольких сотен или тысяч элементов задача определения фазового состояния для каждого элемента требует значительных временных затрат. Переход от двумерного антенного раскрыва к эквивалентному одномерному позволяет уменьшить вычислительные трудности задачи фазового синтеза.

Практические методы решения задачи фазового синтеза в настоящее время развиваются в сторону совершенствования численных методов и в значительной степени используют постоянно возрастающие возможности вычислительной техники. Ниже обосновывается и предлагается использование метода эквивалентного линейного раскрыва для решения задач фазового синтеза плоских ФАР произвольной формы с заданным амплитудным распределением. Основная идея метода основана на принципе эквивалентности ДН плоского раскрыва в фиксированном пространственном сечении объемной ДН диаграмме направленности линейной антенны, амплитудно-фазовое распределение в раскрыве которой получено путем проектирования АФР плоской антенны на направление линейного раскрыва.

Обоснование этого подхода заключается в том, что для некоторого угла экспоненциальный множитель функции Грина, зависящий от координат точки наблюдения и точки истока, можно представить в некоторой новой системе координат, развернутой относительно исходной на некоторый угол таким образом, что функция представляется в форме, где (x,y) – текущие координаты точек плоского раскрыва, (u,v) – текущие координаты точек того же плоского раскрыва после его поворота относительно полярной оси Z на заданный угол, при котором выражение для ДН плоского раскрыва в сечении имеет вид:

(1)

Если функция амплитудного распределения после перехода к системе координат (u,v) представима в мультипликативной форме, то выражение в квадратных скобках (1) можно трактовать как эквивалентное комплексное токовое распределение на линейном раскрыве.

Для того, чтобы использовать этот подход к решению задачи фазового синтеза ДН плоских раскрывов произвольной формы необходимо применить метод АОП, позволяющий учесть все линейные фазовые искажения исходного амплитудно-фазового распределения плоской антенны. В этом случае выражение для ДН плоского нормированного раскрыва должно быть представлено следующим образом:

(2)

где - максимальный размер плоского раскрыва,

- волновое число свободного пространства.

Направляющие косинусы нормали к плоскости волнового фронта в раскрыве антенны

где, в свою очередь,, - коэффициенты Фурье разложения функции фазового распределения в ряд по ортогональным многочленам плоского раскрыва,,, - коэффициенты ортогональных многочленов первых порядков и, - нелинейное фазовое распределение поля в раскрыве антенны, не содержащее линейных искажений.

Условия выбора сечения, в котором справедливо представление (1), проходящего через максимум объемной ДН плоской антенны, сводится к соотношениям

.

В этом случае процедура фазового синтеза заданной ДН плоского раскрыва распадается на ряд последовательных операций, сводящихся в конечном счете к определению нелинейной двумерной функции, обеспечивающей формирование заданной ДН плоского раскрыва.

Рис. 6. Пояснения к переходу от эквивалентного

линейного раскрыва к плоскому

В работе показано, что для обеспечения провала в заданном направлении в сечении пространственной ДН плоского раскрыва необходимо задать эквивалентное токовое распределение в антенне, т.е.

=, где, (3)

где - длина плоского раскрыва в направлении, перпендикулярном i – той точке эквивалентного раскрыва, - длина части раскрыва с измененной фазой в направлении, перпендикулярном i – той точке эквивалентного раскрыва,.

Выражение (3) является интегральным уравнением 1-го рода относительно неизвестной функции. Это уравнение является некорректным (по Адамару) и для его решения могут быть использованы различные методы регуляризации. В данном случае можно положить и определить величину и область.

Особенно эффективность применения метода ЭЛР заметна при анализе сложных составных раскрывов. Центральный круглый раскрыв – это зеркальная антенна больших размеров, формирующая основной луч ДН (1 на рис. 7). Пусть в этом случае зеркальная антенна представляет собой неуправляемый раскрыв, поэтому для обеспечения подавления помех в ограниченном секторе путем формирования провалов в направлениях боковых лепестков дополнительно могут быть установлены ФАР прямоугольной формы с небольшим числом элементов (2-5).

. Рис. 7. Составной раскрыв Рис. 8. Решение, полученное с помощью МЭЛР

Исходная ДН составного раскрыва (пунктир)

и ДН с провалом.

Метод ЭЛР удобно применять при анализе сложных в плане геометрии структур. Это позволяет существенно уменьшить сложность вычислительных процедур.

Третья глава посвящена распространению метода АОП, предназначенного ранее для построения алгоритмов управления параметрами ФАР, также и для формирования провалов ДН зеркальных антенн.

В связи с этим, приводится разработанный алгоритм расчета автономных устройств для обеспечения помехозащищенности зеркальных антенн путем изменения фазы в ее раскрыве, т.е. полезные искажения фазового распределения создаются в ближней зоне антенны. Главное достоинство такого подхода состоит в том, что в волноводно-фидерный тракт антенной системы не вносятся никакие изменения.

Общий вид зеркальной антенны с пространственной фильтрацией помех представлен на рис. 9. В простейшем случае, когда помеха стационарна, в качестве пассивных рассеивателей могут использоваться обычные металлические и диэлектрические накладки.

Рис 9. Зеркало антенны с накладками

- локальные зоны, занимаемые металлическими и диэлектрическими накладками. Форма накладок задается уравнениями их границ в виде, где. Толщина накладок в точках задается уравнениями, где.

Геометрические размеры, тип, количество и форма таких рассеивателей, а также координаты их размещения на зеркальной поверхности параболического отражателя можно определить, используя алгоритм, приведенный в главе 3 работы.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие адекватность приводимых в работе алгоритмов. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном стенде по курсу «Антенны», используемом на кафедре АУиРРВ МЭИ (ТУ).

Непосредственные измерения ДН антенны на экспериментальных стендах в безэховой камере являются одним из самых надежных инструментов проверки работоспособности антенны и определения характеристик ее излучения (рис. 10).

Рис. 10. Лабораторный стенд по курсу Рис. 11. Схематичное изображение

«Антенны» (АУиРРВ МЭИ (ТУ)). исследуемого макета зеркальной

Антенны(1) (2-металлическая накладка,

3-диэлектрическая накладка)

а б

Рис. 12. ДН, рассчитанная на математической модели зеркальной антенны (пунктир) и экспериментальная ДН (а-исходная ДН, б- ДН с провалом).

Таблица 3

Направление

провала, град

Номер гармоники

(тип фазового распределения)

Глубина провала, дБ

средняя

Снижение КУ, дБ

Средняя

глубина провала при изменении частоты на + 5 %, дБ

Максимальное снижение КУ при изменении частоты на + 5 %, дБ

3+5

(рассчитанное)

27

-0.856

27

-1.110

3+5

(экспериментальное)

27

-0.929

26

-1.158

Из табл. 3 видно, что экспериментальные результаты достаточно хорошо соотносятся с расчетными данными.

Основные результаты диссертационной работы

В работе впервые предложен и исследован метод фазового синтеза провалов ДН плоских антенн произвольной формы, в том числе многосвязных, с помощью эквивалентного линейного раскрыва. Путем численного моделирования показана адекватность результатов синтеза фазового распределения плоской антенны и эквивалентного раскрыва в фиксированном сечении пространственной ДН, а также продемонстрирована эффективность метода, существенно снижающего временные затраты вычислительных процедур. Метод позволяет по заданному АФР плоского раскрыва рассчитывать фазовое распределение, например, формирующее нуль ДН в заданном направлении прихода помех, причем все расчеты, касающееся нахождения ФР, реализуются на эквивалентном линейном раскрыве.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»