Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 93

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

(о^ = 9%гег№ = аа = О); рис.7 — дисперсии ошибок измерения амплитуды и фазы оди­наковы (<г^ &ИгИф ~ ?.&а,-<?_ ~ С). Расчеты проведены при условии, что суммарные

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 1 шибки измерения амплитуды и фазы постоянные (о£ + о_" + = сень?!). По оси абс­цисс на рис. 5...7 показан интервал Л/ (дБ), в пределах которого находятся уровни двух первых боковых лепестков с вероятностью Рь разн. Совпадение кривых 1 и 2 на рис.6 объ­ясняется тем, что при малых амплитудных ошибках коэффициент корреляции флуктуа-ций амплитуд симметричных боковых лепестков примерно равен единице. Как видно из графиков наиболее неблагоприятной ситуацией является случай наличия в измерениях одновременно амплитудных и фазовых ошибок.

Д^,ДБ Д^дБ AF,flB

Рис. 5 Рис. 6 Рис. 7

Численная оценка требований к точности измерений ближнего поля особенно акту­альна применительно к амплитудному методу, поскольку получение аналитических вы­ражений для функционалов распределения восстановленной ДН весьма сложно.

Заключение. Применение современных средств вычислительной техники для оцен­ки статистических характеристик ФАР позволяет существенно облегчить решение ряда прикладных задач антенной техники и сформулировать обоснованные требования к эле­ментам ФАР и к точности измерений ближнего поля при решении прямых и обратных задач СТАИ.

Литература

1. ШифринЯ.С. Вопросы статистической теории антенн - М.:Сов. Радио, 1970.

2. Шифрин Я.С., Усин В.А. Об уровне бокового излучения антенн со случайными амплитудными и фазовыми ошибками. 4.I,II - Радиотехника, вып. 42, Харьков, 1977.

3. Рабинович В.С. О ДН антенны с заданным числом неисправных элементов. - Ра­диотехника и электроника. 1973. - №4. - С. 713-716.

4. Shifrin Ya.S., Usin V.A. Statistic theory of antenna measurements. - Telecommunica­tions and Radio Engineering, 2002, v.58, №8. Pp. 34-83.

5. Усин В. А., Ковальчук В.А., Марков В.И., Филоненко А.Б. Комбинированный метод измерения характеристик антенн. - Успехи современной радиоэлектроники, №5, 2005,

С. 65-71.

СРРСН'2008

I . 2 - 1 1 3

ШИРОКОПОЛОСНОЕ СОГЛАСОВАНИЕ ПОЛОСКОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЧЕТВЕРТЬВОЛНОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Алексеенко А. Д.

Казенное предприятие «Научно-производственный комплекс «Искра» 69071, Запорожье, ул. Магистральная, 84, тел. (061) 721-35-45, E-mail: alexxeen@mail.ru Varieties of strip-line radiating elements are described, the method is analyzed as to ex­pansion of the matching band of such radiating elements with the help of quarter-wavelength transformers. Experimental test of the obtained results was made.

Введение. Полосковые излучающие структуры в настоящее время представляют значительный интерес. Это в первую очередь связано с дешевизной производства таких излучателей, во-вторых, с хорошей повторяемостью характеристик. Кроме того, полоско-вые технологии позволяют скомпоновать в единую конструкцию линейную решетку из­лучателей и делитель мощности. Такой линейный излучатель может быть применен как в качестве самостоятельной антенны, так и в качестве излучающего элемента фазирован­ной антенной решетки. Таким образом, характеристики элементарного полоскового из­лучателя становятся одной из важных составляющих характеристик ФАР в целом.

Известно несколько типов полосковых излучателей [1-4]. В каждом из них решается задача конструктивного воплощения элементарного электрического вибратора в симмет­ричную полосковую линию. Интерес к полосковым излучателям подтверждаются работами в этой области [5,6]. Полосковые излучатели изготавливаются с помощью технологии пе­чатных плат. При этом конструктивные элементы полоскового излучателя вносят значи­тельный вклад в его электрические характеристики, что не позволяет использовать матема­тический аппарат обычных проволочных вибраторов. Кроме того, как отмечено в [7], рас­четы входного сопротивления и коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН), яв­ляются приблизительными, поскольку на них существенно влияет конструктивное испол­нение возбуждения вибратора - питающей линии и симметрирующего устройства.

Целью данной работы является нахождение элемента возбуждения полоскового вибратора, позволяющего расширять полосу согласования, расчет КСВН с учетом влия­ния найденного элемента и практическая проверка полученных результатов.

Разновидности полосковых излучателей. На рис. 1 и 2 показаны два возможных варианта полосковых излучателей. Оба выполнены на симметричной полосковой линии. При этом внешняя металлизация выполняется на пластинах определенной толщины - это необходимо для обеспечения достаточной жесткости конструкции. Оба излучателя име­ют сплошной металлический экран.

1 2 4

Рис. 1. Первый вариант полоскового излучателя: 1 - плечи вибратора, 2 - Т-образная металлизация наружных пластин, 3 - заполнитель, 4 - трансформаторы, 5 - наружные пластины

СРРСН'2008

I . 2 - 1 1 4

Рис. 2. Второй вариант полоскового излучателя: 1 - плечи вибратора, 2 - симметрирующая щель, 3 - заполнитель, 4 - трансформатор, 5 - наружные пластины

Данный полосковый излучатель представляет собой вибратор, в котором питающая линия, плечи и симметрирующее устройство выполнены на симметричной полосковой линии (СПЛ). Внешняя металлизация СПЛ в области возбуждающего устройства имеет Т-образную форму.

Этот излучатель отличается от предыдущего тем, что его плечи образованы Т-образной формой наружной металлизации СПЛ.

Расчет согласования и экспериментальное исследование. Для анализа согласо­вания воспользуемся методом эквивалентных схем [7]. Согласно этого метода входную цепь излучателя можно представить в виде последовательно включенных сопротивлений, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Эквивалентная схема питания излучателя

Здесь Я - сопротивление излучения вибратора, ХШЛ - реактивное сопротивление четвертьволнового отрезка СПЛ - шлейфа с режимом холостого хода на конце, Z 0 - вол­новое сопротивление питающей линии. Активное сопротивление Я подбирается таким образом, чтобы наилучшим образом аппроксимировать характеристику согласования вибратора в полосе частот, реактивную часть можно определить:

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 1 де Z0шл - волновое сопротивление участка СПЛ, образующей шлейф, р = IX - по­стоянная распространения, I - длина шлейфа.

Таким образом, входное сопротивление вибратора в сечении

I вх = Я - }10 . По известному входному сопротивлению вибратора и волновому сопротивлению питающей линии 10 можно рассчитать комплексный коэффициент отражения и КСВН:

Г _ 2 вх - 2 0

Z вх + 2 0

1 +

К сти

Г

1-

Г

Таким образом, используя длину волны Л в качестве переменной, можно опреде­лить характеристику согласования для различных величин волнового сопротивления шлейфа 20ШЛ . На рисунке 4 показаны расчетные графики зависимости КСВН от частоты

для разных 20ШЛ . Для расчета КСВН активное сопротивление Я подобрано так, чтобы

минимум характеристики соответствовал минимуму КСВН реально измеренных характе­ристик согласования полоскового излучателя.

КСВН

Рис. 4. Расчетные характеристики согласования полосковых излучателей: сплошная линия - для волнового сопротивления 50 Ом, пунктирная - 30 Ом

Из графика видно, что согласование тем лучше, чем меньше волновое сопротивле­ние шлейфа 10шл . Таким образом, четвертьволновой отрезок линии является элементом,

позволяющим расширить полосу согласования полоскового вибратора.

Практическая проверка произведена на образце каждого из двух, приведенных на рис. 1 и 2, видов полосковых излучателей. На рисунке 5 представлены экспериментально снятые зависимости КСВН в полосе частот.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 1 6

1.6

ксвн

1.4

1.2

Рис. 5 - Экспериментальные характеристики согласования полосковых излучателей: сплошная линия - для волнового сопротивления 50 Ом, пунктирная - 30 Ом

Из рис. 4 и 5 видно, что форма кривых расчетных и экспериментальных данных по­вторяется, численные же значения КСВН отличаются до величины, равной 0,1. Расшире­ние полосы частот согласования экспериментально подтверждается. Несовпадение объ­ясняется тем, что в модели никак не учитывается зависимость сопротивления R от час­тоты, что, тем не менее, не нарушает обнаруженных зависимостей.

Заключение. Показаны способ расширения полосы согласования полосковых виб­раторов с помощью четвертьволновых трансформаторов. Определено и подтверждено экспериментально, что ширина полосы частот тем больше, чем меньше волновое сопро­тивление отрезка линии, образующего трансформатор. Полученный результат дает воз­можность улучшать согласование полосковых излучателей за счет одного конструктив­ного элемента, в то время как другие элементы могут влиять на другие характеристики излучателей - диаграмму направленности или уровень кросс-поляризации. Дальнейший анализ широкополосности полосковых излучателей предполагается проводить по крите­рию искажения диаграммы направленности в полосе частот.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР № 1022242, МКИз H 01 Q 1/38, H 01 Q 9/00. Сим­метричный полосковый вибратор (его варианты)/ Б. Ф. Бондаренко, В. П. Завислов, М. В. Инденбом. - № 3339837/18-09; заявл. 21.09.81; опубл. 07.06.83, Бюл. № 21. - 4 с.: ил.

2. Авторское свидетельство СССР № 1256113, МКИз H 01 Q 1/38. Симметричный полосковый вибратор/ В. Е. Львов, В. К. Петухов. - № 3681376/24-09; заявл. 28.12.83; опубл. 07.09.86, Бюл. № 33. - 3 с.: ил.

3. United states patent 4 825 220, МКИз H 01 Q 9/28. Microstrip Fed Printed Dipole With An Integral Balun/ Brian J. Edward, Daniel F. Rees. - № 935030; заявл. 22.11.86; опубл.

25.04.89.

4. В. В. Демидов, А. Д. Егоров, М. В. Инденбом. Печатно-полосковые вибратор­ные фазированные антенные решетки L и S диапазонов. Сборник «Антенны». Вып. 9 (55), 2001 г, с. - 3 - 8.

5. Дипольные печатные антенные решетки для мобильных радиотехнических сис­тем. А. П. Горбачев, В. М. Егоров, Е. В. Чубарь. Радиотехника и электроника, 2008, том 53, № 2. - с. 217-222.

6. Исследование печатных турникетных антенн с новым типом согласующего уст­ройства. А. П. Горбачев, В. М. Егоров, Е. А. Ермаков, Е. В. Чубарь. «Радиотехника», 2006 г., № 9. - с. 22 - 26.

7. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988. - 432 с.

СРРСН'2008

I . 2 - 1 1 7

МЕТОД ОЦЕНКИ КАЛИБРОВОЧНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫНЕСЕННЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ КАЛИБРОВКИ ЛИНЕЙНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ

Давыдов Н.И., Собчук В.А. Открытое акционерное общество Научно-производственный комплекс Научно-исследовательский институт дальней радиосвязи 107258, г.Москва, ул. 1-я Бухвостова, 12/11, т.748-7826 E-mail:davidov@niidar.ru In this work is proposed method for estimation of calibration coefficients for antenna ar­ray then several sequentially radiated emitters placed near antenna array (several length of wave). This method is robust to amplitude and phase mismatch of emitters. Results of comput­ing modeling of proposed method are presented.

1. Введение. Большие антенные решетки, как правило, собираются из идентичных антенных элементов. Характеристики диаграммы направленности (ДН) такой системы определяются, в очень большой степени тем, насколько близкими будут параметры ан­тенных элементов и антенно-фидерных трактов.

В процессе эксплуатации антенные элементы могут под воздействием факторов ок­ружающей среды изменять свои параметры. Деградация параметров антенных элементов приводит к деградации параметров ДН антенной решетки (изменение направления глав­ного лепестка ДН, расширение ДН, повышение уровня боковых лепестков).

Для поддержания требуемых характеристик ДН применяют калибровку антенной решетки с помощью эталонного сигнала. Обычно для калибровки антенной используют передающие излучатели (или один, который может менять свое положение) , которые располагаются в дальней зоне антенной решетки и под разными азимутальными углами к плоскости антенной решетки /1/.

Недавно был предложен способ калибровки большой антенной решетки с помощью системы вынесенных излучателей, расположенных в дальней зоне не всей антенной ре­шетке, а каждого отдельного антенного элемента антенной решетки. Этот способ позво­ляет выполнять оперативную калибровку на каждой рабочей частоте. Предложенный ме­тод оценки калибровочных коэффициентов использовал разбиение антенной решетки на подрешетки напротив вынесенных излучателей.

В данной работе предлагается метод оценки калибровочных коэффициентов, кото­рый учитывает неидентичность уровня сигналов вынесенных излучателей и оценивает калибровочные коэффициенты по всей совокупности измерений и по всей совокупности антенных элементов антенной решетки (нет деления на подрешетки).

2. Метод оценки калибровочных коэффициентов. Предполагается, что приходя­щий сигнал узкополосный, что означает, что на все антенные элементы антенной решет­ки приходит одна и та же временная реализация сигнала, отличие состоит только в на­чальной фазе, которая определяется разностью хода радиоволн приходящих на антенные элементы.

Обозначим направляющий вектор радиосигнала от k-го вынесенного излучателя следующим образом

exp f J 7 sin Ри (*1- xk)) exp f J       PkN (XN - Xk )

ги)/(Ри)—^-1   -   g(PPm)f(PPm)^^Jl-"

где - ДН одиночного антенного элемента антенной решетки в направлении Р; g(jЗ) -ДН вынесенного излучателя в направлении Р; )к1 - азимутальный угол от к-го вынесенно­го излучателя на 1-ый антенный элемент антенной решетки; Л - длина волны принимаемо­го сигнала; х{ - расположение антенного элемента, /=1^У; хк- расположение вынесенного излучателя, к=1^К; гк1 - расстояние от к-го вынесенного излучателя до 1-го антенного элемента антенной решетки; т - знак транспонирования (без комплексного сопряжения).

СРРСН'2008

I . 2 - 1 1 8

Сигналы, принимаемые идеальными (полностью идентичными) антенными эле­ментами антенной решетки можно записать в следующем виде:

хк ) = ак    +ЛС)

где ак - комплексная амплитуда падающего радиосигнала от к-го вынесенного излучате­ля; п - вектор- столбец значений помеховых сигналов падающих на антенные элементы.

П = 0,    ццн =diag(а2а2 ---а2), хк(г) - вектор-стобец принимаемых антенными элементами сигналов от к-го вынесенного излучателя; Н - означает комплексное сопряжение и транспонирование.

Это модель квазидетерминированного сигнала, неизвестной величиной является комплексная амплитуда сигнала.

Вектор измерений Ук(1) связан с хк(г) следующим соотношением

Сук (0 = Хк ),

где С - это калибровочная матрица (матрица компенсирующая неидентичности прием­ных каналов по коэффициенту передачи).

С - диагональная матрица (не учитывается взаимовлияние антенных элементов).

Для дискретного времени при наборе М временных отчетов выражение связи изме­рения и модели примет вид

СУк = Хк, Ук = ( уи   .   .   Ут ), Хк = ( Хк1   .   .   Хкм ),

При последовательном облучении антенной решетки вынесенными излучателями выра­жение связи измерений и модели примет вид

СУ = XX,    У = ((   .   .  ¥К),       X = (Х   .   .  Хк).

Функция правдоподобия имеет следующий вид

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа