WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Нелинейное сканирование в случае пространственной запитки линейки излучателей, расположенной в свободном пространстве, имеет тот недостаток, что не позволяет использовать большие многоэлементные линейки. Это связано, прежде всего, с невозможностью создания линейного набега фазы вдоль линейки излучателей, что приводит к быстрому нарастанию фазовой ошибки с увеличением количества излучателей.

Так в приведенном примере фазовая ошибка не превысит при использовании линейки, состоящей не более чем из 7 излучателей.

Одним из путей преодоления этой проблемы может быть расположение излучателей не вдоль прямой линии, а по параболе (в соответствии с законом изменения набега фазы вдоль линейки), но этот вопрос требует дополнительной серьезной проработки.

Во второй главе исследованы также возможности нелинейного сканирования применительно к эквидистантным линейкам излучателей, расположенным в недисперсионной канализирующей системе при различных схемах запитки.

В 2004 году японскими исследователями [3] была предложена и практически апробирована следующая схема реализации нелинейного сканирования: колебания первичных генераторов Г1 и Г2 через коаксиально-микрополосковые переходы с одной стороны (односторонняя запитка) подавались на микрополосковую плату и поступали на каждый из смесителей, связанных с соответствующим излучателем эквидистантной линейки. Расстояние между соседними излучателями было выбрано равным половине длины волны излучаемого колебания.

Запитка излучателей от генератора Г1 была реализована по параллельной схеме с использованием линий задержки. Причем в цепи запитки каждого последующего излучателя длина линии задержки увеличивалась на величину, равную удвоенной эффективной длине волны на средней частоте рабочего диапазона генератора Г1, что обеспечивало линейный набег фазы вдоль линейки. От генератора Г2 излучатели линейки запитывались синфазно по параллельной схеме.

Частоты генераторов изменялись синхронно таким образом, чтобы их разность оставалась неизменной, при этом излучатели были настроены на разностную частоту.

При реализации сканирования по рассматриваемой схеме качание луча осуществляется за счет использования линий задержки, а угол отклонения луча от нормали может быть определен из выражения 2( f1 - f10 ), sin = (1) fгде f1 и f10 – текущая и средняя частота рабочего диапазона генератора Г1 соответственно.

В [2] исследовалась линейка, состоящая из 4 излучателей, расположенных на поликоровой подложке толщиной 0,0254 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,8. Рабочие диапазоны частот генераторов Г1 и Г2 составляли f1=(22…26) ГГц; f2=(2…6) ГГц соответственно. При этом было реализовано сканирование в секторе (-20…20)°.

Во второй главе были проведены модельные расчеты, результаты которых позволяют сделать следующие выводы:

1. Сектор сканирования может быть расширен путем тщательного подбора рабочих диапазонов генераторов Г1 и Г2, длин линий задержки, а также параметров микрополосковой платы. Так, например, при использовании поликоровой подложки толщиной 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,8, разности электрических длин двух соседних линий задержки l=46,8 мм, рабочем диапазоне частот генератора Г1 f1=(4…6) ГГц сектор сканирования составит (-53…53)°. Теоретически возможно перекрытие и больших секторов, вплоть до полного сектора сканирования, но это сопряжено с поиском и использованием специальных излучателей.

2. Использование запитки микрополосковой платы колебаниями первичных генераторов с противоположных сторон (двухсторонняя запитка), позволяет несколько упростить конструкцию, не уменьшая сектора сканирования, так как в этом случае исключаются требующие использования проволочных перемычек-мостов пересечения цепей запитки излучателей частотами f1 и f2.

3. Возможна реализация широкоугольного нелинейного сканирования при работе на суммарной частоте. При этом должна быть несколько видоизменена топология микрополосковой платы, а излучатели должны быть настроены на суммарную частоту.

Таким образом, в отличие от варианта пространственной запитки линейки излучателей, расположенной в свободном пространстве, в данном случае практически нет ограничений на количество излучателей в линейке. Кроме того, широкоугольное сканирование может быть реализовано при существенно меньших коэффициентах частотного перекрытия. Такой вариант нелинейного сканирования связан с некоторым усложнением конструкции и возрастанием ее стоимости, что определяется необходимостью соблюдения высокой точности при создании топологии микрополосковой платы, применением сложных дорогостоящих смесителей, специальных излучателей и т. д.

Модельные расчеты показали, что нелинейное сканирование может быть реализовано для ряда конфигураций и в случае последовательной запитки линейки излучателей, расположенной в недисперсионной канализирующей системе. Однако в связи с тем, что для широкоугольного сканирования требуются очень большие диапазоны изменения частот первичных генераторов (изменения частот в десятки раз) подобные системы вряд ли найдут широкое применение.

Третья глава посвящена разработке принципов нелинейного сканирования и исследованию его возможностей при последовательной запитке линейки излучателей, расположенных в дисперсионных канализирующих системах, а также при смешанной запитке излучателей линейки. В этой части приведены также результаты экспериментальных исследований по подтверждению возможности реализации нелинейного сканирования.

В разделе 3.1 решалась задача разработки общих принципов нелинейного сканирования для дисперсионных структур.

Наиболее подробно проанализированы возможности нелинейного сканирования при последовательной запитке линеек излучателей, расположенных в дисперсионных канализирующих системах (прямоугольный полый волновод, волноводы, полностью и частично заполненные диэлектриком, ребристая структура).

Суть нелинейного сканирования, как и в рассмотренных случаях, состоит в суперпозиции волн от двух расположенных в разных точках генераторов, излучающих колебания с различными переменными, синхронно изменяющимися частотами;

детектировании суммарного поля на нелинейных элементах, встроенных в излучатели и излучении выделенной комбинационной составляющей в свободное пространство.

Изменение фазового распределения вдоль линейки излучателей, необходимое для реализации сканирования, создается, однако не за счет особенностей цепей запитки излучателей линейки, а путем использования дисперсии (различия фазовых скоростей волн разных частот, распространяющихся по дисперсионной системе).

В разделе 3.2 исследованы предельные секторы сканирования и соответствующие им коэффициенты частотного перекрытия применительно к волноводно-щелевым конструкциям, выполненным на основе полого прямоугольного волновода, при расположении щелей вдоль широкой стенки, для различных конфигураций (эквидистантное расположение щелей по одну сторону от нейтрали и их попеременное размещение по разные стороны от нейтрали; односторонняя или двухсторонняя запитка волновода, работа на разностной и суммарной частоте).

Получены следующие основные результаты:

1. Оптимальными с точки зрения максимизации сектора сканирования являются вариант односторонней запитки волновода при попеременном расположении излучателей по разные стороны от нейтрали и работе на разностной частоте и вариант двухсторонней запитки волновода при работе на суммарной частоте.

При односторонней запитке волновода при попеременном расположении излучателей по разные стороны от нейтрали и работе на разностной частоте угол отклонения луча от нормали можно определить из выражения:

f11 - f2 c sin = -, (2) f 2df с где = 1- - коэффициент замедления фазовой скорости; f1 и f2 – частоты 2af первичных генераторов; f=f1-f2=const – частота излучаемого колебания; d – расстояние между произвольными соседними излучателями; а – размер широкой стенки; с – скорость света.

С учетом системы ограничений на частоты f1 и f2 и расстояния между соседними излучателями d c c + f f1,96a a c c f2 - f (3) 1,96a a с c d.

2 f f при d=/2 и f<

Одним из путей расширения сектора сканирования является уменьшение расстояния между соседними излучателями. Так, например, при d=/4,5 теоретически может быть перекрыт сектор (-85…85)°. Однако при столь малых расстояниях d следует учитывать существенную взаимосвязь между соседними излучателями. При этом невозможно использовать в качестве излучателей резонансные щели и требуются специальные малогабаритные излучатели.

При двухсторонней запитке волновода при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали и работе на суммарной частоте угол отклонения луча от нормали можно определить из выражения:

f11 - fsin =, (3) f В этом случае при f=2,96с/1,96а можно добиться перекрытия сектора (-30,4…30,4)° при коэффициентах частотного перекрытия, не превышающих 1,96.

При двухсторонней запитке волновода при попеременном расположении излучателей по разные стороны от нейтрали и работе на суммарной частоте угол отклонения луча от нормали можно определить из выражения:

f11 - f2 c sin = -, (4) f 2df где f=f1+f2=const.

В этом случае при f=2,96с/1,96а и d=/2 максимальный сектор сканирования может составить (-85…0,3)° при коэффициентах частотного перекрытия, не превышающих 1,96.

2. При работе на разностной частоте невозможна реализация нелинейного сканирования при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали и при односторонней запитке волновода, и при его запитке с противоположных сторон.

3. При двухсторонней запитке волновода при попеременном расположении излучателей по разные стороны от нейтрали и работе на разностной частоте выражение для угла отклонения луча от нормали примет вид f11 + f2 c sin = -. (5) f 2df В этом случае при f=f1max-f2min и d=/2 удается перекрыть максимальный сектор (70…85)°. Расширение сектора сопряжено с существенным уменьшением расстояния между соседними излучателями. Поэтому подобная конфигурация вряд ли получит распространение в целях нелинейного сканирования.

4. При односторонней запитке волновода и работе на суммарной частоте угол отклонения луча от нормали может быть найден из выражений f11 + fsin = ; (6) f f11 + f2 c sin = - (7) f 2df соответственно при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали и при их попеременном расположении по разные стороны от нейтрали.

Подобные конфигурации имеют ограниченное применение из-за невозможности реализации широкоугольного качания луча. Так при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали можно добиться отклонения луча не более чем на 8,4°, а при их попеременном расположении по разные стороны от нейтрали – не более чем на 6,2°.

Разделы 3.3 и 3.4 посвящены исследованию влияния полного и частичного заполнения прямоугольного волновода диэлектриком на предельные секторы сканирования и соответствующие им коэффициенты частотного перекрытия для различных конфигураций.

Получены следующие основные результаты:

1. Обладая большей дисперсией по сравнению с полым прямоугольным волноводом, подобные структуры позволяют реализовать сканирование в требуемом секторе при меньших значениях коэффициентов частотного перекрытия.

2. Наибольший сектор сканирования может быть перекрыт при варианте двухсторонней запитки волновода при работе на суммарной частоте.

В этом случае угол отклонения луча от нормали может быть найден из выражений 2 с с f1 r - - f2 r - 2af1 2af sin = ; (8) f 2 с с f1 r - - f2 r - 2af1 2af1 c sin = (9) f 2df соответственно при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали и при их попеременном расположении по разные стороны от нейтрали.

Согласно (8) и (9) и проведенным модельным расчетам при вариациях сечения волновода а, относительной диэлектрической проницаемости материала-заполнителя r, расстояния между соседними излучателями d, учитывая ограничения, накладываемые на f1, f2 и d, максимальный сектор сканирования составит (-85…85)° как при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали, так и при их попеременном расположении по разные стороны от нейтрали.

3. При работе на разностной частоте при односторонней запитке волновода и попеременном расположении излучателей по разные стороны от нейтрали угол отклонения луча от нормали может быть найден из выражения 2 с с f1 r - - f2 r - 2af1 2afc sin = -. (10) f 2df Согласно (9) и проведенным модельным расчетам при вариациях сечения волновода а, относительной диэлектрической проницаемости материала-заполнителя r и расстояния между соседними излучателями d, максимальный сектор сканирования будет несколько уже, чем в случае использования полого прямоугольного волновода, и при d=/2 составит (12,3…85)° при коэффициентах частотного перекрытия 1,69.

4. При работе на разностной частоте невозможна реализация нелинейного сканирования при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали как при односторонней, так и при двухсторонней запитке волновода.

5. При работе на разностной частоте с двухсторонней запиткой волновода и попеременном расположении излучателей по разные стороны от нейтрали возможна реализация нелинейного сканирования в узком секторе и только при использовании специальных малогабаритных нещелевых излучателей.

6. При односторонней запитке волновода и работе на суммарной частоте нелинейное сканирование может быть реализовано в следующих максимальных секторах: при эквидистантном расположении излучателей по одну сторону от нейтрали – (57…85)° при d=, r=1,8 и коэффициентах частотного перекрытия 1,48 и 1,33; при попеременном расположении излучателей по разные стороны от нейтрали – (46,7…85)° при d=, r=4,и тех же значениях коэффициентов частотного перекрытия.

7. По сравнению с конструкциями на основе полого прямоугольного волновода варианты конструкций, выполненные на основе прямоугольных волноводов, полностью заполненных диэлектриком, характеризуются большими потерями и весом.

В работе проведены модельные расчеты и исследованы предельные секторы сканирования для ряда волноводно-щелевых структур, выполненных на основе прямоугольного волновода, частично заполненного диэлектриком: при расположении одной диэлектрической пластины параллельно узким стенкам в плоскости симметрии, при использовании одной и двух диэлектрических пластин, расположенных вдоль узких стенок.

Pages:     | 1 || 3 |






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