Автор: Попов В.В. Воропаева В.Г. Гринев А.Ю. Пономарев Л.И.
Теги: электротехника электроника антенны
Год: 1978
Текст
МИНИС!ЕРСТВО
ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ СССР
МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА
АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
ИО АНТЕННАМ И УСТРОЙСТВАЛА СВЧ
Под редакцией канд. техн, наук доц. А.В. ВИТКО
Для дневной и вечерней форм обучения
Утверждено
на заседании редсовета
26 июня 1977 г.
МОСКВА - 1978
УДК: 621.396.676.029.64+621.372.852.2 ( 076.5)
Составили: В.Г. Воропаева, А.Ю. Гринев, Л.И. Понома-
рев, В.В. Попов
В учебное пособие к практическим занятиям по антеннам
и устройствам СВЧ включены описания работ по двум антен-
нам СВЧ и коммутационному фазовращателю.
Описания лабораторных работ составлены: работа № 15 -
В.Г. Воропаевой, работа № 16 - А.Ю. Гриневым, работа №17-
Л.И. Пономаревым и В.В. Поповым.
(С) Московский авиационный институт, 1978 г.
Зар. редакцией М.И. Кузнецова
621.396.6(075)
У912
Работа № 15. ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ
СПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ
Цель работы
1. Изучение принципа работы спиральной цилиндрической
антенны и получэние навыков ее расчета.
2. Теоретическое и экспериментальное исследование диа-
граммы направленности и поляризационной характеристики
спиральной антенны.
3. Экспериментальное определение влияния диаметра и
числа витков спирали на ее диаграмму направленности.
Теоретическая подготовка к работе
Для выполнения работы необходимо изучить материал по
теории спиральных антенн, имеющийся в лекциях по курсу
'Антенно-фидерные устройства", а также в учебниках [1,
гл. ХУ, с. 309-311; 317-322] или [2, гл. 1, с. 28-30 и гл.9,
с. 171-180].
Расчетное задание и расчетные формулы
Во время подготовки к лабораторной работе каждый сту-
дент должен рассчитать ряд основных параметров цилиндри-
ческой спиральной антенны: диаграмму направленности, ко-
эффициент направленного действия и входное сопротивление.
Диаграмма направленности спиральной антенны рассчи-
тывается в режиме осевого излучения для заданной средней
длины волны рабочего диапазона Лср , заданных размеров
спирали и числа витков /г* . Длина витка спирали I (рис. 1)
примерно равна средней водне диапазона Лср , угол подъе-
ма провода спирали ос « 7 . Диаметр спирали 27 , ее шаг»5*
и длина витка I связаны соотношениями
3
витков спирали для всех
/Ж\ 11
г л '4
Рис. 1. Цилиндрическая спи-
ральная антенна:
а - конструктивная схема ан-
тенны:
1 - цилиндрическая спираль;
2 - согласующий трансформатор,
3 - коаксиальный фидер, 4 - реф-
лектор в виде диска; б - раз -
вертка витка спирали
г» ? ' п ~ ' С& I 1 \
S = l-Sin ос и 27 = —— • (1)
ТГ
Все необходимые для расчетов величины приведены в
таблице отдельно для нескольких бригад студентов в зависи-
мости от выполняемого ими варианта лабораторной работы,
вариантов равно семи.
Диаграмма направлен-
ности антенны (ДН ) вы-
числяется в виде произве-
дения диаграммы направ -
ленности одиночного витка
F (0) на множитель решет-
ки антенны F^(0)
F(0) =F,(0)-Fn(6), (2)
где 0 - угол, отсчитыва -
емый от оси спирали.
Как показывают расчеты
и экспериментальные дан -
дые, диаграмма направлен-
ное in ,ды io витка отлича-
емся в горизонтально.':
вертикальной плс. к >..ях.
Но при достаточно большом
числе витков («» 5) в пре-
делах главного лепестка с
достаточной для практических расчетов точностью диаграмму
направленности одного витка можно приближенно аппроксими-
ровать функцией
Fj ( д) = cos в, О)
Множитель решетки, как известно, определяется выраже-
нием
« и/
Sin —~
F(0) = --------— , (4)
п ш
п sin —
где 2
> (3)
4
Ф = S cos 6
' • л
- сдвиг фаз между полями смежных
излучателей;
, 2л- / с
- сдвиг фаз между токами смежных
витков.
Таблица
Параметры антенны Номер варианта
1 2 3
Л , см ср 24 25 27
Л - Л см мин макс, 19-29 20-30 22-32
5 , см 2,9 3 3,2
D , см > 7,6 8 8,4
1 , см 24 25 27
Величина замедления электромагнитной волны в спирали
в рабочем диапазоне волн обычно меняется в пределах
1,1-1,4. Для средней длины волны £ = 1,23 и ДН спираль -
ной антенны в этом случае может быть рассчитана по фор-
(^23Т~cas&)]
F(Q) = cos6 ------------------ . (6)
н.-sin ~ cos 0
L Л < $ 'J о
При расчете ДН углу 6 дают значения от 0 до 90 че-
рез 15 . По полученным расчетным данным в полярной си-
стеме координат в пределах +S0 строят ДН по мощности,
т.е. F2(,9) , и определяют ширину главного лепестка на
уровне 0,5 Р
J г макс
Для этой же спиральной антенны необходимо рассчитать
следующие параметры, которые также определяются для сред-
ней волны диапазона:
а) ширину ДН по половинной мощности, выраженную в
градусах ,
29 = ;
5
б) коэффициент направленного действия антенны в на -
правлении максимума излучения
(8>
в) входное сопротивление антенны
* = 140 у Ом. (9)
»Л Л
Важным параметром спиральной антенны является коэф-
фициент равномерности эллиптической поляризации (коэффи -
циеит эллиптичности), который определяемся отношением ма-
лой оси поляризационного эллипса к большой [Д].
В лабораторной работе исследуется поляризационная
характеристика цилиндрической спиральной антенны. При со-
впадении направления оси приемного вчбратора с направлени-
ями осей эллипса поляризации амплитуды наведенных в нем
э.д.с. пропорциональны полуосям эллипса. Зная поляризаци-
о1 ную характеристику, можно определись коэффициент равно-
мерности эллиптической поляризации
К-^-, (Ю)
‘-а.
где Е^ и Еа - амплитуды наведенных ЭДС, совпадающих с
малой и большой осями эллипса.
Цилиндрическая спиральная антенна в режиме осевого
излучения в направлении оси спирали имеет поляризацию,
бт 1ЭК}Ю к круговой, а в других направлениях поляризация по-
ля получается эллиптической.
Экспериментальная часть
Описание лабораторной установки
Общий вид лабораторной установки представлен на рис.2.
Спиральная антенна 1 работает в режиме приема. Высо-
кочастотные колебания от генератора 2 подводятся по коак-
ч альдому кабелю 3 к передающей антенне в виде симметрич-
юго вибратора 4 с рефлектором - лимбом 5. Для снятия по-
пяргзационных характеристик этот вибратор с рефлектором -
at моим поворачивается в корпусе 6 вокруг горизонтальной
и г г в пределах 360 . Угол поворота вибратора отмечается
ч' шкале 7. В составе передающей антенны имеется также
«меч рн^у^щее устроьсчво в виде четвертьволнового ста-
Рис. 2. Схематический вид лабораторной установки:
1 - исследуемая спиральная антенна; 2 - диапазонный г»ир
ратор СВЧ, 3,11 - коаксиальные кабели, 4 ~ передаюций
симметричный вибратор; 5 - рефлектор-лимб, о ~ корту,' > е-
редающей антенны; 7 - шкала; 8 - согласующий трансформа-
тор; 9 - рефлектор; 10 - детекторная секция; 12 - измеритель-
ный усилитель; 13 - головка со шкалой, 14 - стойка
Приемная спиральная антенна через согласуюций транс-
форматор 8, на корпусе которого укреплен рефлектор в виде
диска 9, присоединяется к детекторной секции 10 Принятый
сигнал после детектирования подается через коак,илльпый
кабель 11 на вход усилителя 28-ИМ 12, имеющего стрелоч-
ный прибор. Вследствие нелинейной характеристики детектора
показания прибора усилителя пропорциональны квадрату на -
нряженности измеряемого поля. Для удобства мошажа и де-
монтажа спираль ввинчивается во внутреннюю втулку коак -
скального трансформатора. Корпус трансформ-тора вместе со
спиралью и рефлектором закреплен в головке -о шкало, 13,
которая свободно вращается в горизонтальной плоскости в
пределах 360 в стойке 14, укрепленной на полу на расстоя-
нии 2 м от передающей антенны. При снятии диаграммы на-
правленности угол поворота спиральной антенны отмечается
но шкале на головке, ее положение может фиксируешься чо-
порным винтОм стойки.
При выполнении лабораторной работы исследуете i т р/
цилиадрическ.ч спиральные антенны, раГ>от о тис та ч
(№ 1,2,3). Номера спиралей отмечены у их основания соответ-
ствующими цифрами. Спираль № 1 работает в режиме осевого
приема и исследуется в диапазоне на трех фиксированных дли-
нах волн: и Л . Для этой спирали про-
водится теоретический расчет параметров, а размеры ее при-
ведены в таблице. Спираль № 2 имеет тот же шаг и диаметр,
что и спираль № 1, но число витков уменьшено до трех. У
спирали IC 3 сохраняется шаг и число витков спирали № 1,
но резко уменьшен диаметр ( D = 3 см), поэтому спираль
№ 3 уже не работает в режиме осевого приема и диаграмма
направленности ее имеет многолепестковый характер, так как
длина всей спирали получается около 2 Л
Рис. 3. Электрическая схема лабораторной
установки:
1 - измерительный усилитель; 2,4,9,11 - вы-
сокочастотные разъемы; 3,10 - гибкие коак-
сиальные кабели; 5 - детекторная секция;
6 - согласующий трансформатор; 7 - спираль-
ная антенна; 8 - симметричный вибратор с
согласующим устройством и рефлектором;
12 - генератор СВЧ
Спираль № 2 и № 3 исследуются только на средней вол-
не диапазона. Экспериментальная схема лабораторной установ-
ки, которая приводится в отчете, показана на рис. 3.
Порядок выполнения эксперимента
В начале занятий каждой бригаде студентов необходимо
с разрешения преподавателя или лаборанта включить приборы
установки для их предварительного прогрева перед началом
эксперимента.
1. Снять диаграмму направленности спиральной антенны
№ 1 на средней волне заданного диапазона. Генератор наст-
раивают на среднюю волну диапазона \ср . Спираль К 1
ввинчивают в трансформатор, и антенну устанавливают в по-
ложение, соответствующее направлению оси спирали на центр
8
передающего вибратора. После этого прибор 28-ИМ подго-
тавливают к измерениям, для чего его усиление регулируют
таким образом, чтобы стрелка прибора показывала 90-95 де-
лений, а также проверяют установку стрелки на нулевое деле-
ние (например, путем отсоединения от входной розетки усили-
теля вилки кабеля).
Диаграмму направленности снимают через каждые 10 в
пределах от -90 до 90 (вторую половину диаграммы направ-
ленности вследствие ее симметрии можно не снимать) при
неизменном усилении прибора 28-ИМ. Снятая диаграмма на-
правленности является диаграммой "по мощности' вследст -
вие квадратичности детектора. Экспериментальную диаграмму
направленности нормируют и изображают на том же рисунке,
что и теоретическую. Определяют ширину главного лепестка
диаграммы на уровне 0,5 Р и сравнивают со значения-
МЗК.С
ми, полученными при теоретическом расчете.
2. Снять поляризационную характеристику антенны № 1
на средней волне диапазона. Для этого спиральную антенну
устанавливают в положение, соответствующее исходному по-
ложению в п. 1. Поворачивая передающий вибратор вокруг
горизонтальной оси от 0 до 360 (указателем угла поворота
служит шката 7 на рефлекторе - лимбе 5 (см. рис. 2), за-
писывают показания прибора усилителя через каждые 30 по-
ворота. По полученным данным в полярных координатах стро-
ят поляризационную характеристику в относительных величи-
нах
Е(Ч>)
^клакс ty)
где J - показания прибора измерительного усилителя, и
рассчитывают коэффициент эллиптичности антенны по форму-
ле (10).
3. Снять диаграммы направленности спиралей № 2 и 3
на средней волне диапазона. Методика снятия диаграмм на-
правленности спирали № 2 и № 3 такая же, как в п. 1 этого
раздела; после нормирования результатов обе кривые стро -
ят на отдельном рисунке.
4. Снять диаграмму направленности спирали N. 1 на мак-
симальной или минимальной длинэ волны заданного диапазона
(по согласованию с преподавателем).
Генератор настраивают на минимальную (максимальную)
длину волны заданного диапазона и снимают диаграмму на -
цравленности спирали № 1. Методики проведения эксперимен-
9
та и построения кривых остаются теми же, что в п. 1. Опре-
деляют изменение ширины диаграммы направленности спира-
ли № 1 по сравнению с шириной диаграммы на средней дли-
не волны.
Требования к отчету
Оформление отчета должно отвечать требованиям, изло-
женным в разделе 1 Руководства ЦЗ]. В отчет включается:
1) электрическая схема лабораторной установки (см.
рис. 3);
2) результаты выполнения расчетного задания - пример
расчета, таблицы с полученными данными, график диаграм-
мы направленности, расчетные параметры антенны;
3) пять таблиц с результатами измерений;
4) три рисунка, на двух из которых изображаются диа-
граммы направленности;
5) краткие выводы.
Контрольные вопросы
1. Поясните принцип работы цилиндрической спиральной
антенны.
2. Объясните особенности работы трех режимов работы
спиральной антенны.
3. Почему спиральная антенна в основном направлении
излучает поле с поляризацией, близкой к круговой? Что та-
кое коэффициент эллиптичности поля излучения?
4. Почему спиральная антенна работает в диапазоне волн
без существенного изменения ее электрических параметров?
Какая ширина рабочего диапазона в режиме осевого излуче-
ния цилиндрической спирали? Почему конические спираль-
ные антенны имеют более широкий рабочий диапазон волн?
5. При каком условии цилиндрическая спиральная антенна
имеет синфазное сложение полей в осевом направлении и кру-
говую поляризацию излучаемого поля?
6. При каком условии получается максимальный коэффи-
циент направленного действия цилиндрической спиральной
антенны? Как меняется при этом коэффициент эллиптичности?
7. Как рассчитать размеры цилиндрической спиральной
антенны, если задан рабочий диапазон волн?
8. Какие размеры спиральной антенны определяют ширину
диаграммы направленности? Поясните метод расчета диа -
граммы направленности цилиндрической спиральной антенищ.
10
9.
ности
L
В антеннах какого типа ширина диаграммы направлен-
определяется отношением и в каких l/A * , где
L ' L
- размер излучающей системы?
10. В каком режиме излучения работает спираль № 3
(см. рис. 2)?
11. Какого характера и порядка входное сопротивление
спиральной антенны и как его можно определить экспери -
ментально?
Работа № 16. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
МОНОИМПУЛЬСНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ С
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ ЛУЧОМ
Цель работы
1. Изучение принципа действия моноимпульсной антенной
решетки с электрическим управлением лучом.
2. Теоретическое и экспериментальное определение харак-
теристик моноимпульсной фазированной антенной решетки.
Теоретическая часть
Для выполнения работы достаточно изучить материал,
изложенный ниже. При домашней подготовке к выполнению
лабораторной работы необходимо выполнить расчетное зада-
ние в соответствии с первым или вторым вариантом работы,
определяемым графиком прохождения работ.
Назначение и особенности моноимпульсной антенны
Моноимпульсные фазированные антенные решетки (моно-
импульсные ФАР) предназначены для точного определения
угловых координат объектов и отличаются от обычных спо-
собом получения информации об угловом положении цели.
На практике широкое распространение находят моноим -
пульсные ФАР с суммарно—разностными характеристиками на-
правленности. В Этом случае антенна ооеспечивает форми-
рование трех диаграмм направленности: суммарной F^. (одно-
лепестковой) и двух разностных- Fa(oc) , рд (/3) (двухлепестко-
вых) соответственно в азимутальной и угломестной плоско-
стях (рис. 1). В режиме передачи формируется одна суммар-
11
ная диаграмма F^ ; в режиме приема - все три
Рис. 1. Диаграммы направленности;
а - F& (ос) , F& (<х) - суммарная и разност-
ная диаграммы в азимутальной плоскости,
б - Fg(/3) , Гд(р) - суммарная и разностная
диаграммы в угломестной плоскости
Для формирования суммарной диаграммы направленности
вся поверхность антенны должна возбуждаться синфазно
(рис. 2,а). Максимум такой диаграммы совпадает в обеих
Рис. 2. Возбуждение рас-
крыва моноимпульсной ан-
тенны для формирования
диаграмм направленности:
а - суммарной диаграммы;
б и в - разностных диа-
грамм
плоскостях с нормалью к плоско-
сти решетки.
Разностные диаграммы на-
правленности формируются при
противофазном возбуждении ле-
вой и правой (рис. 2,6) или
верхней и нижней (рис. 2,в)
половин раскрыва антенной ре-
шетки. Эти две разностные диа-
граммы направленности, имею-
щие нуль в направлении, совпа-
дающем с нормалью к плоско-
сти решетки, и максимумы, разнесенные соответственно в
азимутальной и угломестной плоскостях, используются для
получения сигнала ошибки в соответствующей плоскости.
Формирование требуемого фазового распределения (синфаз-
12
ного или противофазного) в раскрыве моноимпульсной антен-
ной решетки обеспечивается с помощью первичного источни-
ка - моноимпульсного облучателя [4, с. 277], как в данной
лабораторной работе, или с помощью распределительной вол-
новодной системы с соответствующим узлом возбуждения.
Одновременное отклонение суммарной и разностных диа-
грамм от нормали к плоскости решетки в ФАР осуществляет-
ся с помощью электрически управляемых фазовращателей.
Плоская антенная решетка с гексагональной структурой
Рассмотрим произвольную в смысле расположения излуча-
телей и распределения амплитуд тока в них плоскую решетку
в случае, когда токи 1п синфазны. При этом множитель на-
правленности имеет вид
Л78, <р) =£ ехр [у к sin 6 (Хп cos у + Yn sin 9>)] , (1)
«-/
где ХК , Yn - координаты п -го излучателя; 0 , - уг-
лы в сферической системе координат (рис. 3,в); А/ - число
излучателей ; k - -XX- (Л - длина волны).
Рис. 3. Антенные решетки с треуголь-
ной (а) и прямоугольной (б) сеткой
расположения излучателей и коорди-
натная система (в)
Решетки с равномерным расположением излучателей мо-
гут быть не обязательно решетками с прямоугольной струк-
турой. Наряду с прямоугольной структурой размещения из-
лучателей в решетке находят применение также косоуголь-
ные структуры, а частности гексагональные.
При использовании прямоугольной структуры излучатели
располагаются в узлах прямоугольной сетки, в треугольной
структуре - в углах треугольной сетки; если сетка состоит
13
из равносторонних треугольников, то такая структура обра-
зует правильные шестиугольники и называется гексагональной
(см. рис. 3,а).
Сравним эти решетки с точки зрения опасности появле-
ния дифракционного максимума при электрическом сканирова-
нии, используя введенное в [ 5, с. 307] понятие эквивалент-
ной линейной антенны. Для этой цели рассмотрим линейки
излучателей, образованные проекциями излучателей решетки
на некоторое направление в плоскости раскрыва, характери-
зуемое углом у (см. рис. 3,б).
В случае прямоугольной сетки достаточно рассмотреть
наиболее неблагоприятные направления: tf> - -
= (dy/clx) . В этих направлениях эквивалентные
линейки будут иметь наибольший постоянный шаг
при = 0;
= oly
при у = W /2
и
при y-arctg (d /dx)'
Все остальные направления образуют эквивалентные ли-
нейки с более частым расположением излучателей, что умень-
шает возможность появления побочных главных максимумов.
Требование отсутствия побочного главного максимума при
отклонении луча на угол 8 от нормали к раскрыву
записывается в виде
Л
d -----------
Х 1+sin
ГДе &Х макс И
в плоскостях ОХ
\5™
Отсюда с учетом сказанного выше следует неравенство
для выбора шага решетки по осям X и Y (см. рис. 3,б)
Л Л
-----’ dx* ’ (3)
J 11 sin
хаке j макс
0 — максимальные углы сканирования
и . Например, при 0 45°
Л MQKC
имеем d„ = 0,585 Л . После выбора dv и dv с помощью
л Л **
14
(3) можно проверить допустимый угол отклонения луча в
промежуточной плоскости, где dx= j(dd + dy^ . Этот угол
будет превышать как 0 , так и в., . При
X макс У макс
х,якг = @ V клако следует использовать квадратную
МаЛ1< МадЬ
сетку dx = dу .
Для треугольной сетки (см. рис. 3,а) расположения из-
лучателей существуют два неблагоприятных направления
<р (d^ = d dd. ) и (dj-dfy . Следовательно, для тре-
угольной сетки расстояние между проекциями ее узлов на
любое направление всегда меньше d и при выборе шага
можно руководствоваться неравенством, вытекающим из (2),
2 ------J------- . (4)
Fj 1+sifi 6Mat.c
Например, при максимальном угле отклонения луча от
нормали 9 = 45 имеем d 0,68 Д. .
„ макс „ _
Следовательно, при использовании треугольной сетки об-
щее число элементов ФАР может быть снижено на 15% по
отношению к числу элементов в прямоугольной сетке.
Расчет диаграммы направленности плоской шестигранной
решетки с гексагональным распределением излучателей
Антенная решетка шестигранной формы естественно ком-
понуется с треугольной решеткой (рис. 4).
Анализ диаграммы на -
правленности такой решетки
с неравномерным возбужде -
нием излучателей весьма
сложен; аналитические выра-
жения получить не удается.
В дальнейшем анализ
суммарно-разностных диа -
грамм направленности пло-
ской шестигранной решетки
с гексагональным располо -
жением слабонаправленных
излучателей заменяется ана-
лизом диаграмм направленно-
сти плоской непрерывной
круглой апертуры с раяи-
граммы направленности ше -
стигранной решетки
15
усом, равным радиусу вписанной в шестигранник окружности,
и амплитудным распределением, совпадающим с амплитудным
распределением в решетке.
На рис. 4 приведены для примера суммарная диаграмма
направленности шестигранной решетки из 61 слабонаправлен-
ного излучателя (с диаграммой вида cos 0 ) в плоскостях
= 0 и у»® 30 . Там же построена диаграмма направлен-
ности круглой апертуры при равномерном распределении
F(t)) . , (5)
k R sin 0
где Jj(u) - функция Бесселя;
R - радиус решетки, к = -у .
Л
Подробный численный расчет на ЭВМ показывает, что
форма и ширина главного лепестка, уровень первого боково-
го лепестка, уровень первого бокового лепестка шестигран-
ной решетки и соответствующей круглой апертуры различают-
ся не более чем на 10—15%, что является вполне допустимым
на этапе проектирования и разработки анализируемых реше-
ток.
Диаграмма направленности круглой апертуры (как сум-
марная , так и разностные 0д ) для неотклоненного
луча в плоскости пеленга, например Z0X ( см. рис. 4)
определяются с точностью до постоянного множителя общим
выражением [1, с. 253 ]
1 V1-XZ'
*dxdy , (6)
-1 -VTxz'
где ( х , у ) - координаты точки в раскрыве апертуры;
п_.
сс — -j- Rsind, Л - длина волны; R - радиус апертуры,
вписанной в шестигранник; Ixl 4 1; ) 4 1; д -
амплитудное распределение в раскрыве апертуры (шести —
гранной решетки): Es% - суммарное; Е 5Л - разностное.
В качестве функций, аппроксимирующих реальные рас -
пределения поля в раскрыве антенны, выбираем функции
0 x2-ty2 = г2> 1
(7)
\]~8(х2+уг')}Р , хг+уг4 1->
Ес,г(х’У) =
16
Z . f .. 2-7 f77
Es a (x,y) = Slfb ЛО(Х У J
I X /;
1Л*
(8)
где д , p , <x , p , m - коэффициенты, определяющие уро -
вена поля на краю раскрыва и крутизну спадания амплитуд-
ного распределения (J’-s 1; 1; pi 1; т = 1,2 ...;
Р = 1,2, ...).
Распределение поля (как Е$ z , так и Es д ) в рас-
крыве решетки (эквивалентной круглой апертуры) создается
либо с помощью моноимпульсного облучателя [4, с. 277] в
решетках отражательного или проходного типа [4, с. 81],
либо с помощью специальных фидерных схем возбуждения
излучателей.
Подставляя выражения (7), (8) в (6) и используя из -
вестные формулы [6], получим с точностью до постоянных
сомножителей следующие выражения для нормированных диа-
грамм направленности:
(9)
2- я-о
trt
ГГ,-П р
2 tv - 2 ft * /
X /1 (jroct а) -Л (^ - Яос) I , (10)
1 1
где —; —- - множители, нормирующие соответственно
Мд
суммарную и разностную диаграммы направленности; и =
= Rsiti в i 1,2 ... ( п - 1) - гамма-функция;
Л (и', - ламбда-функция; Сп =------------ - число сочет. -
л "7 п/(т-гг)!
ний ( 0! = 1; //= 1).
Значения функций Л2(и) и Л3(и) приведены в
таблице 1 .
Заметим, что при = 1
- ГьГа-| = пг-~ 'Г и. г7 («) , (11)
------------——’ I 1 /
а при fn - 1
Рл(и) = ~ jjAf(x+sr<*)-A, (и-кх)]-
-pZ/4 [и.2(г/+Л'а} -Az (и -кос)Н .
(12)
Рис. 5. Разностные диаграммы направленно-
сти круглой апертуры (гексагональной решетки)
На рис. 5 показаны в качестве примера рассчитанные
по формулам (10), (12) для ряда значений ос , [3 , т раз-
ностные диаграммы направленности круглой апертуры (гек-
сагональной решетки).
Определение амплитудного распределения в раскрыве решетки
В соответствии с принципом работы исследуемой в дан-
ной лабораторной работе моноимпульсной ФАР амплитудное
распределение в раскрыве решетки формируется с помощью
первичного источника - моноимпульсного облучателя и вспо-
могательного сетчатого зеркала. Используя для нахождения
поля в раскрыве антенны метод геометрической оптики
18
[1, с. 344], можно в первом приближении полагать амплитуд-
ное распределение в раскрыве антенной решетки совпадающим
с амплитудным распределением в апертуре зеркала.
Используя известную методику расчета зеркальных ан -
тенн [1], [7], поле в их раскрыве Е (• х ,}') определяет-
ся по известной диаграмме направленности облучателя
F ( и/ , £ ) с помощью следующих соотношений:
обл S, Д ‘
Е5,£,Д<Х’У) X^-COS^-, y^S^-
2f . г Y
2 f ч>
X ~ 77"cos ‘ ¥ C0S £$2. C°S '
>(13)
Г 77^7 Ysift 2S^ >
где ja , f - геометрические характеристики зеркала; смысл
остальных параметров ясен из рис. 6.
Построив в соответствии с выражением (13) по извест -
ной (теоретической или экспериментально измеренной) диа -
грамме направленности ( Foejl s
тудное распределение в рас-
крыве антенны (суммарное
или разностное),’ параметры
аппроксимирующих распреде-
лений - суммарного S , р
ь (7) и разностного <х , ft ,
т в (8) - подбираются так,
чтобы выполнялось наимень-
шее уклонение в среднем от
распределений, построенных
в соответствии с (13).
В большинстве случаев
и Foejt д ) облучателя ампли-
с достаточной для инженер -
ных расчетов точностью ко -
эффициенты 8 , ос и р
можно определить путем ап-
Рис, 6. Геометрические
характеристики вспомога
тельного параболического
зеркала
проксимации реального ампли-
19
тудного распределения Es z л (х,у) , полученного из (13),
только в главной плоскости £ = 0 ( у * 0). Коэффициенты
ув и т определяются аппроксимацией реального амплитуд-
ного распределения sj (у) в плоскости х - хо , прохо-
дящей через максимум функции Eg £ л(х,у) .
Коэффициент усиления суммарной и крутизна разностной
характеристик антенной решетки
Для оценки эффективности моноимпульсных ФАР помимо
величин коэффициента усиления по суммарному каналу
важнейшим параметром, влияющим на точность определения
угловых координат, является крутизна разностной диаграммы
направленности ju. (азимутальной или угломестной соответ -
ственно) в равносигнальном направлении
д гЬя п} I - I //> Y/2(14)
= GAe^-°) I-----------j-p— I \Li^j ,
0=0° 9-0°
где </’= 0 - плоскость формирования разностной диаграммы
направленности;
&д(в,у) - коэффициент усиления разностной характеристи-
ки;
Q макс ~ коэффициент усиления в направлении главных
максимумов разностной характеристики.
Аналогично предыдущему рассмотрению анализ , уи
плоской шестигранной решетки с гексагональным расположе-
нием слабонаправленных излучателей заменяется анализом
, yZz плоской непрерывной круглой апертуры с радиусом,
равным радиусу вписанного в шестигранник круга, и амплитуд-
ным распределением, совпадающим с амплитудным распределе-
нием в решетке (см. рис. 4). Заметим, что в соответствии
с принципом исследуемой в данной лабораторной работе мо-
ноимпульсной ФАР (см. экспериментальную часть настояще-
го описания), амплитудное распределение в раскрыве решет-
ки формируется с помошью моноимпульсного облучателя и
вспомогательного сетчатого зеркала.
Параметры £ и ус исследуемой ФАР определяются вы-
ражениями
= G3epx&pe^ Яо У2 eoS
(15)
Л ^зерк^РеиГГоУ ft cos вм >
20
где Я0^(кк)г -t - максимальные значения
КНД и крутизны круглой апертуры радиуса 7? ‘градус"
1 у , - коэффициенты, учитывающие: ,
т>
- потери энергии в облучателе;
неравномерность распре-
деления поля в излучающем раскрыве; энергию облучателя,
проходящую мимо вспомогательного зеркала и решетки; за-
тенение излучающего раскрыва решетки облучателем и эле-
ментами крепления; потери энергии в структуре вспомога -
тельного зеркала; потери за счет рассеяния на участке вспо-
могательное зеркало-решетка; отражение энергии за счет
различия входных сопротивлений на участке излучатели
свободное пространство; - потери, обусловленные дискрет-
ным режимом фазирования излучателей; - средние потери
в фазовращателе излучателя; cos 6 м - уменьшение эффектив-
ной площади раскрыва при сканировании ( 6М - направление
максимума излучения [5, с. 318 J ).
Заметим, что в выражении (15) не учтен эффект взаим-
ного влияния излучателей, приводящий как к изменению ампли-
тудно-фазовых соотношений в излучателях, так и к измене -
нию входных сопротивлений излучателей, т.е., в конечном
счете, к изменению абсолютной величины и , а так-
же закона их изменения от угла сканирования [4, с. 177-197].
Не учтены также детерминированные и случайные ампли-
тудные и фазовые ошибки, а также ошибки размещения и
юстировки.
Строгая оценка коэффициентов , V является до-
статочно сложной задачей, требующей, как видно, учета боль-
шого числа факторов. Для исследуемой антенны 0,15.
Коэффициент j? определяется выражением [4, с. 71 ]
z ИФ.2
, (16)
‘7 ( ДФ j ’
\ 2 /
ЛФ - дискрет изменения фазы, обусловленный дискретным
режимом фазирования излучателей.
Потери в фазовращателе у2 зависят от величины дискре-
та фазы, диапазона волн, конструктивной реализации фазовра-
щателя и еще целого ряда причин. Используемые в данном
макете фазовращатели сАФ-зг имеют потери в среднем
3 дБ.
21
Моноимпульсный облучатель
Наиболее простой тип моноиспульсного облучателя для
пеленгации в одной плоскости, выполненной наподобие сверну-
того двойного волнового тройника, изображен на рис. 7. При
возбуждении облучателя со стороны плеча 1 на выходе облу-
чателя (плеч 2—4) формируется амплитудное распределение,
характерное для волны Н1г> , а при возбуждении плеча 3 -
амплитудное распределение, характерное для волны /у . Из
принципа обратимости антенн следует, что приемная антенна
будет обладать такими же характеристиками направленности,
причем на выходе плеча I облучателя образуется суммарный
сигнал F^ , а на выходе плеча 3 - разностный сигнал
Облучатель такого типа используется в данном лабораторном
макете.
Рис. 7. Моноимпульсный облучатель наподо-
бие свернутого двойного волноводного трой-
ника и распределение поля в его раскрыве
Диаграммы направленности по полю такого облучателя
определяются в приближении Кирхгофа с учетом явления
дифракции на прямоугольном отверстии, возбуждаемом соот-
ветствующими типами
[о, с. 418J :
F (y)=-L-
— суммарная диаграмма направленности облучателя в плоско-
сти н ,
COS s£tl Ц/}
-----—--------- (cos у/+ cosро) (17)
Sin2v - sin 2tir
22
Вид В 3
О3
Цмучанщии элемент
Вид /7
I
Рис. 8. К принципу действия моноимпульсной ФАР с поворотом плоскости поляризации
. [kA . \
y Sift, f —- Sttt Iff I
= TV- -------------(cosyztcos uj (18)
ан siny/ - sin у
- разностная диаграмма в плоскости fj , формируемая син-
фазными волнами Hz ,
1 1
где---- , ----- - нормирующие множители;
А Г ат/2
> со$^=[1'^\ >
у - угол, отсчитываемый от нормали к юкрыву облуча-
теля;
А - размер стороны облучателя (см. рис. 7,а).
Описание макета моноимпульсной ФАР
Исследуемая антенна, устройство и внешний вид которой
схематически изображены на рис. 8 и 9, состоит из моноим-
пульсного облучателя наподобие свернутого двойного волно-
водного тройника I (рис. 8), плоской отражательной решетки
Рис. 9, Эскиз макета моноим-
пульсной антенны:
1 - фазируемые излучатели;
2-моноимпульсныи облучатель;
3 - кожух с зеркалом
2,состоящей из фазируемых
излучающих элементов 3, и
параболического зеркала 4.
Фазируемые излучатели
расположены по треуголь -
ной структуре с гексаго -
нальной ячейкой, что, во-
первых, позволяет при шаге
между излучателями X -
= 0,7 Я осущесвлять элек-
трическое сканирование лу-
чом в секторе +40 от нор-
мали к решетке и, во-вто-
рых, реализовать шестигран-
ную форму решетки, наибо-
лее выгодно сопрягающую-
ся с круглой апертурой па-
раболического зеркала.
24
Рис. 10. Отражательный фазовращатель с
одной коммутируемой перегородкой:
а - конструктивная схема; б - схема вклю-
чения диодов в щели перегородки
В качестве фазируемого излучающего элемента решетки
используется отрезок круглого вол ювода, закороченный на
конце, в котором возбуждается основная волна Нf (рис. 8
и 10). В волноводе на расстоянии I расположены попереч-
ные перегородки с коммутируемыми щелями. Приходящая со
стороны открытого конца отрезка волновода электрома!лит-
ная волна с круговой поляризацией отражается от одной из
перегородок с замкнутыми с помощью диодов о; i огин д.тьчы-
ми щелями. При этом диоды в осталь. ых перегородках обе-
сточены. Если теперь пропустить ток через два диода, рас-
положенные в другой перегородке, а остальные диоды обе-
сточить, то фаза отраженной волны на открытом конце от-
резка волновода изменится вследствие различия пути, про-
ходимого волной внутри волновода. В том случае, когда,
например, перегородки расположены на одинаковом расстоя-
нии друг от друга, равном Ьо = Лв /( Ав - длина волны
в волноводе), наименьшая величина скачка фазы будет
Выход и вход в данном фазируемом излучателе оказыва-
ются совмещенными.
В излучающем элементе решетки осуществляется не толь-
ко дискретное фазирование, но и поворот на 90° плоскости
поляризации излучаемого облучателем поля £ ( £ ) -
рис. 8. Для этой дели на входе излучателя вдоль оси кругло-
го волновода помещена диэлектрическая пластина под углом
45 к вектору электрического поля линейно-поляризованной
волны Е (рис. 11). Падаюшую на пластину волну Е
над над
можно разложить на две^олны, так что вектор электричес-
кого ПОЛЯ одной волны
^Гпад паРаллелен пластине, а век -
25
тор электрического поля второй волны Е перпендикуля-
„ / , t \ т~г Л ПаД
рен к ней (см. рис. 11). При распространении внутри волново-
да с пластиной первая волна замедляется сильнее второй, по-
этому после прохождения пластины фазы этих волн различа-
ются и можно подобрать длину пластины так, чтобы разность
фаз была равной 90 . После отражения от одной из перегоро-
док с pin - диодами и^повторного^прохождения пластины
разность фаз между Е~ и Е„ составляет 180°.
п •'г о тс п отр . .
Путем геометрического построения (см. рис. 11,6) можно
убедиться, что это приводит к повороту плоскости поляриза-
ции Е на 90 в пространстве.
Рис. 11. К пояснению принципа поворо-
та плоскости поляризации падающей волны
Вспомогательное параболическое зеркало 4 (см. рис.8),
прозрачное для волны одной поляризации Е и отражаю-
щее волну, у которой поляризация повернута °н^ 90 Е ,
конструктивно выполнено в виде тонких металлических прово-
лочек, запрессованных в диэлектрический радиопрозрачный ма-
териал.
Принцип работы рассматриваемой моноимпульсной антен-
ны следующий (см. рис. 8). Энергия, излученная облучателем
1, отражается вспомогательным параболическим зеркалом 4
назад (так как проволочки зеркала ориентированы параллель-
но Е ) на отражательную решетку 2 в виде плоской
волны с вектором Пойнтинга, ориентированным параллельно
оси зеркала /7 . Попадая в элементы решетки 3, поле
приобретает необходимый для отклонения луча антенны на
заданный угол фазовый сдвиг, одновременно происходит по-
ворот плоскости поляризации Е на 90 . После отра-
жений от решетки и поворота плоскости поляризации электро-
магнитная волна Е проходит через параболическое
зеркало 4. °ТР
26
Основные характеристики лабораторного мвкета фазируемой
моноимпульсной антенной решетки
Длина волны Л = 3,2 см
Диаметр окружности, вписанной вокруг решетки гекса-
гональной структуры D = 200 мм
Расстояние между излучателями d = 23,8 мм
Число излучателей Л^= 80
Диаметр вспомогательного параболического зеркала
= 204 мм j.
^Фокусное расстояние f = 90 мм ( — = 0,45)
J D
Шаг между проволочками зеркала = 2,8 мм
Диаметр проволочек зеркала 2 ^=0,35 мм
Дискрет фазирования Д Ф = тт
Размер .раскрыва моноимпульсного облучателя А * В =
^50x10) мм
Ток управления pin, - диодом = 75 мА
Напряжение управления решеткой U = 10 В
Максимальный ток управления всей решеткой Jp =13,5 А
Мощность, рассеиваемая на баластных РБ = 125,6 Вт
Максимальная мощность, потребляемая на фазирование
всей антенны Рр^ 135 Вт
Мощность, рассеиваемая на pttc - диоде Р - 0,06 Вт
Расчетное задание
выполняемого
методике, из-
вариант П рас-
Содержание расчетного задания зависит от
варианта работы: вариант 1 рассчитывается по
ложенной ниже: р (у,); £ (х); Р„(6); G'
О о Л ду ' О, X Z* fl
считывается по методике, изложенной ниже:
1. Рассчитать диаграммы направленности моноимпульсно-
го облучателя по напряженности в плоскости Н по формулам
(17), (18). При этом для исследуемого макета = 32 мм,
А = 50 мм, В = 10 мм (см. основные характеристики ла-
бораторного макета). Построить F „ , р _ л.. на
г г ОБ л Т.Н овл АН
одном графике.
2. Рассчитать амплитудное распределение поля в раскры-
ве решетки для суммарного и разностного каналов по теоре-
тическим диаграммам F ~> Р„-„ ли облучателя
ОВЛ ЕН ОВЛ Ап
27
(см. предыдущий пункт), используя расчетные формулы (13)
и полагая для определенности, что плоскость Н облучателя
совпадает с плоскостью £ = О (см. рис. 6):
jj О£лгн,дН >
> (19)
= 2/
х ~2f4 2 '
Для исследуемого лабораторного
= 0,45, следовательно, % = 58 (см.
удобства вычислений текущий радиус
макета отношение -X— -
рис. о). Полагая для
нормированным, т.е.
Г 4 1, имеем (х) •$ 1 и величина 2 f = 1,8.
Меняя р в пределах 0+58 , определить р , X и Es.~
причем данные по распределениям пронормировать к макси-
мальному значению для каждого из них.
Построить графики нормированных зависимостей Е(х),
Е3,Л ( Х)-
3. Аппроксимировать кривые, рассчитанные в п. 2, функ-
циями (7), (8), полагая в них у - 0. Параметры 8 , р
и ос следует подбирать по наиболее близкому совпадению
аппроксимируемых и аппроксимирующих кривых. Для иссле-
дуемого макета при аппроксимации Е$ z (х) распределения
следует ориентироваться на р~ 1+2; 8- 0,9+1; а для
Е. л (х) - <Х ~ 0,8 + 1.
О . Ел
Рассчитанные аппроксимирующие кривые строятся на тех
же рисунках, где нанесены соответствующие аппроксимируе-
мые кривые.
4. Рассчитать суммарную и разностную диаграммы направ-
ленности в соответствии с расчетными формулами (9), (10)
или (11), (12); значения функций Л{(и) , Лг(и) и Л3(и)
приведены в табл. 1.
Для исследуемого макета 2 R = 20 см; Л = 3,2 см. Ко-
эффициенты 8 , р > <Х берутся из п. 3; коэффициенты р
и /7Z- для данного макета /3 = 0,85; ^z = 1. Построить на от-
дельных графиках диаграммы направленности в функции угла
Q в интервале уГЛ0В -40°^ Q 40° (диаграммы в интер-
вале -40 4 0^0 строятся из соображения симметрии).
Для удобства дальнейшего сравнения с экспериментом рас -
считанные диаграммы следует строить по мощности Е?н ,
28
Расчет суммарной и разностной диаграммы направленно-
сти антенны FSH , ^дн по формулам (9), (10) или (11),
(12) можно проводить, используя программы, реализованные
на языке Фортран 1У в кодах машины М4030, имеющиеся на
кафедре.
Таблица 1
и. Л, (и) (и) Л3 (и)
0 1 1 1
0,5 0,9691 0,9793 0,9845
I 0,8801 0,9192 0,9390
1,5 0,7439 0,8252 0,8670
2 0,5767 0,7057 0,7737
2,5 0,3977 0,5710 0,6654
3 0,2260 0,4321 0,5494
3,5 0,0785 0,2995 0,4330
4 -0,03302 0,1821 0,3226
4,5 -0,10269 0,0861 0,2237
5 -0,1310 0,0149 0,1401
5,5 -0,1242 -0,0310 0,0739
6 -0,09223 -0,0539 0,0255
6,5 -0,0473 -0,0582 -0,00618
7 -0,0013 -0,0492 -0,0235
7,5 +0,0361 -0,0328 -0,0294
8 0,0587 -0,0141 -0,0273
8,5 0,0643 0,0247 -0,0205
9 0,0545 0,0143 -0,0119
9,5 0,0338 0,0202 -0,0037
10 0,0087 0,0204 0,00280
10,5 -0,0228 0,0126 0,0075
11 -0,0312 0,0071 0,00745
11,5 -0,0395 0,0016 0,0074
12 -0,0353 -0,0066 0,0052
12,5 -0,0312 -0,0091 0,0043
13 -0,0082 -0,0114 -0,0002
13,5 0,0091 -0,0092 -0,0004
14 0,0113 -0,0068 -0,0001
14,5 0,0191 -0,0044 0,00091
15 0,0240 -0,0021 0,0015
'28
Для расчета F^H используется программа 'Расчет диа-
граммы направленности двухзеркальной антенны' - шифр
R6ST1G . В нее следует ввести численное значение пара-
метров 9 -ALFA и р = МР в соответствии с п. 3; сле-
дует положить параметр, отсутствующий в расчетной форму-
ле, / » ГАММА = 0.
Для расчета Гдн используется программа 'Расчет
разностной диаграммы направленности моноимпульсной ан -
точны' - шифр R6ST15.
В нее следует ввести численное значение параметров
/тг - АА - 1, [3 ~ ВЕТА = 0,85 и ос = A L FА (из п, 3).
Дт аграммы ^н(и) ' ^дн(и) рассчитываются в интер-
вале па] аметров U = 0 т15 (примерно главный и два боко -
вых лепестка) с шагом Z) и. ш 0,5.
5. Рассчитать коэффициент усиления Gs и крутизну JU.
для неотклоненного луча дм = 0° по формулам (15), пола-
гая Vq С^) — 0,15j ^2= 0,5 (-3 дБ); коэффициент
[см. формулу (1 J следует полагать равным 1, так как ан-
тенна для 9 я 0 сфазирована без коммутационных фазовых
ошибок.
Экспериментальная часть
Описание лабораторной установки и ее схема
Лабораторная установка (рис. 12) состоит из стойки 1,
на которой установлена исследуемая антенна 2; двух детектор-
ных секций суммарного и разностного азимутальных каналов
3 и 4, эталонного измерительного рупора 5, укрепленного на
стойке исследуемой антенны; пульта управления 6; блока пи-
тания фазовращателей 7; передающего рупора 8, лабораторно-
го генератора 9 типа ГЗ-14А и двух измерительных усилите-
лей 10 и 11 типа 28-ИМ. Схема лабораторной установки при-
ведена на рис. 13.
Вследствие нелинейной характеристики детектора показа-
ния измерительного усилителя типа 28~ИМ пропорциональны
примерно второй степени напряженности поля.
Описание устройства измерительного усилителя и генера-
тора, а также правила работы с ними изложены соответствен-
но в [3], [ 8] .
В моноимпульсной локационной станции в момент посыл-
ки зондирующего импульса система работает только по сум-
\ арному каналу, а прием ведется по обоим каналам.
30
Рис. 12. Схематический вид лабораторной установки.
1 - стойка, 2 — моноимпульсная антенна; 3 - детек-
тор суммарного канала; 4 - детектор разностного
канала; 5 - эталонный рупор; 6 - пульт управления,
7 - блок питания фазовращателей, 8 - передающий
рупор; 9 - генератор СВЧ; 10 - измерительный уси-
литель разностного канала, 11 - измерительный уси-
литель суммарного канала
Рис. 13. Схема лабораторной установки (обозначе—
чения аналогичны рис, 12 )
31
В данной лабораторной работе исследования характери-
стик излучения обоих каналов ведутся в режиме приема. Для
этого к выходам суммарного и разностного азимутального
каналов подсоединены детекторные секции, продетектирован-
ный сигнал с которых поступает на прибор 28—ИМ — свой для
каждого канала.
Кожух со вспомогательным зеркалом крепится к корпусу
антенны с помощью специальных винтов. Источник питания в
данной установке используется для подачи управляющего на-
пряжения на -pin - диоды фазовращателей.
Фазирование осуществляется дискретно- коммутационным
способом по минимальной фазовой ошибке аппроксимации тре-
буемого фазового распределения от реализуемого; дискрет
фазирования J <р = д . Фазирование осуществляется'путем
переключения тумблеров на пульте управления. При отклоне-
нии луча от нормали к плоскости решетки на некоторый угол
6^ в горизонтальной плоскости фазовые сдвиги в излучате-
лях, образующих вертикальный столбец, одинаковы. Поэтому
пульт управления выполнен так, что переключение одного
тумблера приводит к изменению фазового сдвига в целом
столбце излучателей.
Тумблеры на пульте управления устанавливаются в со-
ответствии с табл. 2 в одно из двух положений; "З' (зам-
кнуто) - через диоды фазовращателей соответствующих столб-
цов излучателей протекает ток; "Р" (разомкнуто) - ток че-
рез диоды не протекает. Номера тумблеров отмечены на пуль-
те управления; положения *3* и "Р" - ручки тумблеров со-
ответственно в верхнем и нижнем положениях.
Порядок выполнения эксперимента
В лаборатории бригаде необходимо с разрешения препо-
давателя или лаборанта включить приборы установки для их
ч едварительного прогрева.
1. Исследование суммарной и разностйой диаграмм на-
пр.,ьленнс: ч и, аег ед началом исследования убедиться в том,
что !^чератор ' - т'роен на заданную длину волны ж3,2 см.
licoEc д гч'. хумблеоы на пульте управления фазовращателя-
х' 6 *.'?. .г. 12), которые должны находиться в
. . /•< ?. - ручки тумблеров в нижнем положении;
с и- < «г.ия фазовращателей 7 выключен. Установить тумбле-
ры ы пульте управления фазовращателями в соответствии с
табл. 2 для в -0 . Блок питания фазовращателями включить.
32
Вращая антенную решетку относительно вертикальной оси,
снять одновременно суммарную и разностную диагрдммы на-
правленности. Диаграммы снимаются для уп^ов +40 от на -
правления главного максимума с шагом 2+4 . В силу квадра-
тичной характеристики детекторной секции диаграммы сни -
маются по мощности.
Таблица 2
По- ло- же- ние луча Номер тумблера
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 192021 22
0 Р Р Р Р 3 3 3 3 3 ЗЗЗЗЗЗРРРРРРР
35 Р Р Р Р Р Р Р Р Р РРРРРРРЗ Р ЗРРР
3 - замкнуто (ручка тумблера в верхнем положении)
Р - разомкнуто (ручка тумблера в нижнем положении)
Показание прибора измерительного усилителя в направле-
нии максимума излучения (своего для суммарной и разност-
ной диаграмм) должно быть 90-100 делений; при выключен-
ном генераторе - 0 делений (не забывать о необходимости
"Установки нуля” усилителя перед измерениями). Блок пи -
тания фазовращателями выключить; все тумблеры разомкнуть
(ручки в нижнем положении).
Установить тумблеры для ’ = 35 в соответствии с
табл. 2; включйть блок питания. Вращая антенну в интерва-
ле 0 * + 30 от направления главного максимума, снять
суммарную диаграмму. Разностная диаграмма не снимается,
так как конструктивно—технологическая асимметрия, прису-
щая макету, а также дискрет фазирования Д Ф = приво-
дят к существенному искажению ее формы для 0М “ 35 .
Выключить блок питания фазовращателей; тумблеры ра-
зомкнуть. о
Пронормировать измеренные для 6М = 0 суммарную и
разностную диаграммы (каждую к своему максимуму) и на-
нести их на рисунки с соответствующими теоретическими
характеристиками (см. расчетное задание).
Построить нормированную суммарную диаграмму для
QM = 35° на отдельном рисунке.
2. Определение коэффициента усиления антенны по суммар-
ному каналу. Установить тумблеры на пульте управления в
33
соответствии с табл. 2 для вм = 0 Детекторную секцию
соединить со входом эталонной рупорной антенны. Вращая
рупорную антенну по азимуту (вращение осуществляется
вместе с вращением всей моноимпульсной антенны), добить-
ся максимальных показаний стрелочного прибора усилителя.
Установить стрелку прибора в положение (Х; = Ez = 80-100,
переключая входной аттенюатор 28-ИМ.
Присоединить детекторную секцию к выходу7 F^ облу-
чателя (отсоединив ее предварительно от эталонной антен-
ны). Включить блок питания фазовращателей. Вращая антенну,
добиться максимального показания стрелочного прибора из-
мерительного усилителя Ez .
Максимальный коэффициент усиления моноимпульсной ан-
тенны по суммарному каналу определить как
где GЗт - 100 - коэффициент усиления эталонного рупора.
Измеренный коэффициент G^ сравнить с расчетным
(для варианта 1 работы).
Выключить блок питания фазовращателей, все тумблеры
разомкнуть.
3. Определение крутизны разностной диаграммы направ-
ленности. Измерить коэффициент усиления разностной диаграм-
мы в направлении главных максимумов G^ Макс (если зна-
чения различны в каждом из максимумов - определить оба)
аналогично проведенным выше измерениям для суммарного
канала; при, этом соответствующие манипуляции проделывать
с выходом облучателя. Затем определить положение
нуля (минимума) разностной диаграммы и для этого положе-
ния записать показание прибора измерительного усилителя
осо . Повернуть антенну на угол 2,5 по часовой стрелке и
записать вновь показания прибора . Вращая далее антенну
по часовой стрелке, записать показания ос ~„=Е? . в
направлении максимума излучения разностной диаграммы.
Определить крутизну разностной диаграммы направленно-
сти в равносиг'нальном направлении по формуле
+ - VKo' (\^Z 1
F ~ -----Г 9 ка макс) градус '
V а макс Z,=>
Аналогично определить ^и~г , вращая антенну против часо-
вой стрелки; и /л~ , вообще говоря, могут оказаться раз-
личными в силу некоторой несимметрии антенны.
34
Измеренные /и.* и /г' сравнить с расчетным значением
(для варианта 2 работы).
Требования к отчету
Оформление отчетов должно отвечать требованиям, изло-
женным в разд. 1 руководства [3] . В отчете должны быть
представлены:
1. Схема установки (см. рис. 13).
2. Результаты теоретического расчета диаграммы на -
правленности облучателя в виде таблицы и графика.
3. Результаты теоретического расчета и аппроксимации
амплитудного распределения в апертуре решетки в виде таб-
лицы и графиков.
4. Результаты теоретического расчета суммарной (раз-
ностной) диаграммы направленности ( 6№ - 0 ) в виде таб-
лицы и графиков.
5. Результаты теоретического расчета G^ (]“) и экспе-
риментальные данные этих величин.
6. График суммарной диаграммы направленности антенны
для вм = 35°.
7. Краткие пояснения, замечания и выводы.
Контрольные вопросы
1. Какие факторы влияют на выбор расстояния между из-
лучателями в сканирующей решетке?
2. В чем заключается преимущество гексагонального раз-
мещения излучателей в сканирующей антенной решетке?
3. Каким образом рассчитываются суммарная и разност-
ная диаграммы направленности исследуемой решетки?
4. От чего зависит коэффициент усиления суммарной и
крутизна разностной характеристики моноимпульсных антен-
ных решеток (исследуемого макета в частности)?
5. Описать принцип работы исследуемой моноимпульсной
фазированной антенной решетки.
6. Описать принпип формирования суммарной и разност-
ной диаграмм трехканальным моноимпульсным облучателем.
7. Описать принцип работы дискретного отражательного
фазовращателя на коммутируемых pin - диодами щелях в
круглом волноводе с основным типом волны.
8. Для чего нужно изменение плоскости поляризации вол-
ны в излучателях исследуемой антенны на 90 ?
35
9. Чем определяется ориентация проволочек зеркала ис-
следуемой антенны?
10. Какое назначение диэлектрической пластины в излу-
чающих элементах исследуемой антенны?
11. В чем преимущество дискретного режима фазирова-
ния, в чем его недостатки?
12. В чем преимущество возбуждения излучателей в ис -
ледуемой ФАР с помощью вспомогательного зеркала; в чем
недостатки?
13. Объяснить преимущества моноимпульсного метода пе-
ленгации целей.
Работа Na 17. ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАЦИОННОГО
ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ С УДВОЕННЫМ ЧИСЛОМ
ДИСКРЕТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ФАЗЫ
Цель работы
1. Изучение схем построения и принципа работы комму-
тационных фазовращателей.
2. Получение навыков расчета некоторых параметров вол-
новодного проходного коммутационного фазовращателя с удво-
енным числом дискретных значений фазы.
3. Экспериментальное исследование волноводного проход-
ного коммутационного фазовращателя с удвоенным числом
дискретных значений фазы.
Теоретическая часть
Для выполнения лабораторной работы достаточно изучить
теоретический материал, изложенный ниже. Дополнительный
материал можно найти в [9, ч. L11J, [10, с. 14-16; 62-150].
В [S] дается описание аналоговых и дискретных полу-
проводниковых фазовращателей. Подробно рассматриваются
различные схемы построения таких фазовращателей и прин-
ципы их работы. Приводится порядок расчета и конструиро-
вания полупроводниковых фазовращателей.
В [10] приведены различные типы фазовращателей (элек-
тромеханические, поляризационные, ферритовые, полупроводни-
36
ковые, плазменные, бегущей волны). Рассматриваются схемы
построения, конструкция и особенности работы каждого типа
фазовращателя. Приводятся их электрические, механические
и габаритные характеристики.
Введение
Электрически управляемый фазовращатель является од -
ним из основных элементов фазированной антенной решетки
(ФАР) и служит для создания требуемого фазового распреде-
ления в раскрыве ФАР и изменения этого фазового распреде-
ления при электрическом управлении положением главного ле-
пестка диаграммы направленности ФАР. Формирование направ-
ленных свойств ФАР основано на явлении интерференции элек-
тромагнитных волн. В том направлении, в котором волны,
излученные Отдельными излучателями решетки, складывают-
ся в благоприятных фазовых соотношениях (в идеале синфаз-
но), образуется главный максимум излучения. В других на -
правлениях волны от отдельных излучателей частично или
полностью гасят друг друга. Для получения главного макси-
мума излучения в требуемом направлении и осуществления
качания луча в пространстве необходимо управлять фазами
полей, излученных отдельными излучателями. При быстром
сканировании это может быть сделано только с помощью
электрически управляемых фазовращателей, расположенных в
трактах питания излучателей.
Существуют различные типы фазовращателей £10], отлича-
ющиеся друг от друга по принципу действия, конструктивному
исполнению, диапазону рабочих частот и прочим параметрам.
В частности, по методу управления фазой все фазовращатели
можно разделить на фазовращатели с непрерывным измене -
нием фазы (аналоговые фазовращатели) и дискретные фазовра-
щатели, на выходе которых фаза электромагнитного поля мо-
жет принимать только /V дискретных фиксированных значе-
ний, например, (О, Л") , или (0, у , л , — те ), или (0, ,
~ л , л , —st , -л-л , )и т.д. Установка диск-
ретных значений фазы в таких фазовращателях осуществляет-
ся, как правило, переключением (коммутацией) управляющих
4азой элементов, имеющих рабочую характеристику с началь-
ным и конечным пологими участками. Эти элементы называ-
ются коммутаторами, а фазовращатели с дискретным набором
37
фаз, построенные на их основе, называет дискретно-комму-
тационными. В дальнейшем для простоты такие фазовращате-
ли будем называть просто коммутационными.
В качестве коммутаторов в фазовращателях наиболее
широко используются полупроводниковые pin, - диоды, управ-
ляемые постоянным током. В обесточенном состоянии сопро-
тивление pin - диода для СВЧ-колебаний велико и он не
оказывает заметного влияния на распространение поля, при
подаче же управляющего тока входное Сопротивление pin -
диода оказывается малым и pin — дйод осуществляет ко- ’
роткое замыкание в месте своего включения. Отношение вход-
ных сопротивлений pin - диода в обесточенном режиме
и при подаче управляющего тока называется качеством комму-
татора. Для современных pin - диодов качество в зависи-
мости от рабочей частоты изменяется от 10000 на децимет-
ровых волнах до 300 на сантиметровых волнах.
Коммутационные фазовращатели обладают рядом преиму-
ществ перед аналоговыми фазовращателями*, важнейшим из
которых является повышенная стабильность работы (особен-
но температурная и связанная с ошибками управляющего
устройства). Повышенная стабильность работы коммутацион-
ных фазовращателей объясняется использованием в качестве
рабочих только начального и конечного пологих участков
характеристики коммутаторов, например,, характеристики про-
водимости коммутаторов от управляющего напряжения.
Основной недостаток коммутационных фазовращателей за-
ключается в дискретности установки фазы. Поэтому произволь-
ное фазовое распределение с помощью ^дискретно-коммута —
ционных фазовращателей может быть реализовано не точно,
а с некоторой фазовой ошибкой, максимальное значение кото-
рой равняется половине дискрета установки фазы, т.е. —
р N
радиан. Обычно N выбирают исходя из «соотношения 2 = Л/,
так как при этом существенно упрощается устройство для
управления фазой, ибо для управления фазовращателем в этом
случае требуется только Р двоичных разрядов в выходном
устройстве вычислителя. Это обстоятельство является еще
одним преимуществом коммутационных фазовращателей перед
аналоговыми.
Следует иметь в виду, что дискретный набор значений
фазы может быть реализован и в аналоговых фазовращателях,
однако этот режим работы, как правило, не используется, так
как недостатки, присущие аналоговым фазовращателям, при
этом сохраняются.
38
Целое положительное число Р называется разрядом фа-
зовращателя, а число N - числом фазовых состояний фазо-
вращателя.
С точки зрения уменьшения ошибки реализации фазы в
коммутационном фазовращателе необходимо повышать раз -
рядность фазовращателя, однако при этом возрастает слож-4
ность его изготовления и настройки, увеличиваются потери
высокочастотной энергии, а также ухудшается стабил’ 'ость
работы (временная, температурная и т.д.). Поэтому прихо-
дится идти на компромисс при выборе Р
В табл. 1 представлены относительный коэффициент на-
правленного действия -5- , коэффициент усиления и
До оо
максимальный уровень коммутационных лепестков а ФаР в
зависимости от разрядности ее фазовращателей Р 'и качества
коммутаторов К (через Рд , обозначены параметры антен-
ны без потерь с идеальным фазированием, а через В , (j -
аналогичные параметры антенны с реальными коммутацион-
ными фазовращателями).
Таблица 1
Число разрядов Р 1 2 3 4 5
Число ДОВ pin - ди о- 1 2 3 4 5
Дискрет установки 4 азы Л Л 2 7Г т тг Тб
D Л 0,4 0,81 0,94 0,98 0,99
я5 -3,9 -10,5 -17,1 -18,4 -19,2
К = 1000 К - 500 0,37 0,35 0,66 0,61 0,72 0,63 0,67 0,55 0,6 0,45
Как показывает анализ табл. 1, при использовании ком-
мутационных фазовращателей (с качеством коммутаторов
К = 1000) в электрически сканирующих ФАР относительный
коэффициент усиления решеток при Р > 2 слабо зависит от
разрядности фазовращателей. Поэтому, как правило, минималь-
39
ное значение Р в дискретно-коммутационных фазовращателях
равно 2. Однако с точки зрения уменьшения коммутационных
боковых лепестков ФАР, обязанных ошибкам фазирования,
желательно увеличивать разрядность фазовращателей до Р“
= 3*5.
Известны следующие основные типы коммутационных
фазовращателей на pin - диодных коммутаторах: отражатель-
ный на закороченном отрезке фидерной линии; проходные -
на переключаемых отрезках фидерной линии, на нагруженной
линии, на ячейках фильтров нижних и верхних частот (рис.1).
Кроме того, проходные фазовращатели могут быть построены
на основе отражательных фазовращателей, соединенных с цир-
кулятором или СВЧ-мостом (рис. 2).
Рис. 1. Схемы коммутационных фазовращате-
лей:
а - проходной на переключаемых отрезках
линии; б - отражательный; в - проходной на
нагруженной линии; г - проходной на ячей -
ках фильтров нижних и верхних частот
Рис. 2. Схемы проходного фазовращате-
ля с Y - циркулятором (а) и с щеле-
вым мостом (б)
40
Отметим некоторые особенности указанных фазовращате-
лей.
Фазовращатель на переключаемых отрезках фидерной ли-
нии, В простейшем варианте одноразрядный коммутационный
фазовращатель этого типа представлен на рис. 1,а. Электри-
ческая длина фазовращателя (в радианах) в зависимости от
положения переключателей равна — — I или I , где
Я^, и Лср2 - длина волн соответственно в 1-й и 2-й ли -
ниях, а 11 и 12 - геометрическая длина этих линий. Для
увеличения разрядности фазовращателя необходимо увеличи-
вать количество переключаемых линий или использовать кас-
кадное включение нескольких фазовращателей. Такие фазовра-
щатели используются в диапазоне метровых, дециметровых и
сантиметровых волн. На метровых и более длинноволновых
волнах переключаемые отрезки линий представляют собой от-
резки коаксиального кабеля. В дециметровом и сантиметро-
вом диапазонах фазовращатель выполняется на микрополоско-
вых линиях.
Отражательный фазовращатель на закороченном отрезке
фидерной линии (см. рис. 1,б). Волна проходит по фидерной
линии до короткозамыкателя, отражается от него и проходит
на выход фазовращателя. При смещении положения коротко-
замыкателя за счет изменения состояния коммутатора на
длину I , фаза на выходе фазовращателя изменяется на ве-
личину I • Подобные фазовращатели широко использу-
ются в сантиметровом диапазоне волн. Простейшая конструк-
тивная схема двухразрядного коммутационного отражательно-
го фазовращателя волноводного типа показана на рис. 3,а.
В волноводе по ходу движения волны на равном расстоянии
I друг от друга установлены щелевые модули, представля-
ющие собой тонкие поперечные металлические (индуктивно-
емкостные диафрагмы) перегородки z прорезанными в них
резонансными щелями, в которых установлены pin. - диоды
(см. рис. 3,б). Диоды вносят емкостную реакцию, поэтому
щели диафрагмы укорачиваются примерно на 25% от расчет-
ной длины при отсутствии pin - диодов.
Если все pin - диоды обесточены, то щелевые модули
настроены в резонанс по отношению к падающей волне и
электромагнитное поле свободно проходит через щелевые мо-
дули, достигает закороченного конца волновода, отражается
от него и начинает распространяться в обратную сторону.
При подаче управляющего напряжения на модуль, ближайший
41
к закороченному концу волновода, он выходит из резонанса,
энергия падающей волны отражается от этого щелевого мо-
дуля и фаза отраженной волны изменяется по сравнению с
предыдущим случаем на величину 21 » где А -
Я в в
длина волны в волноводе.
Рис. 3. Двухразрядный волноводный коммута-
ционный отражательный фазовращатель:
а - конструктивная схема; б - диафрагма с
рТл - диодом и его эквивалентная схема
В этом фазовращателе число различных фазовых значе-
ний N равно числу щелевых модулей плюс единица. В на -
стоящее время промышленностью серийно выпускается двух-
разрядный фазовращатель указанного типа { N =4). Его
основные параметры:
рабочая частота 7700 МГц + 1%
число различных положений фазы 4
дискрет установки фазы радиан
средние потери в фазовращателе 1,3 дБ
габариты (23 х 30 х7)мм
вес 25 г
Фазовращатель на нагруженной линии (см. рис. 1,в).
При переключении коммутаторов фазовращатель дает фазовый
сдвиг, равный 2 arcit> --— , где В - проводимость \
Г 7- /2В2
подключаемых к линии реактивных нагрузок. Для устранения
отражений в линию включают одновременно две реактивные
нагрузки, равные по величине и отстоящие друг от друга
на расстояние . Несмотря на это с учетом полосы про-
пускания малый коэффициент отражения получается, если фа-
зовый сдвиг в одной секции не превосходит 45 .
42
Фазовращатель на ячейках фильтров верхних и нижних
частот (см. рис, 1,г), Для обеспечения требуемого фазово-
го сдвига у/ величины подключаемых реактивных сопротив-
лений и проводимостей должны выбираться из условий X -
= t6 — ; в - sift —
д 4 2
Рассмотрим теперь схемы проходных фазовращателей,
построенных на основе отражательных. Существенным не-
достатком отра,кательных фазовращателей является то об -
стоятельство, что вход и выход у них совмещены друг с
другом. Поэтому такие фазовращатели могут быть использо-
ваны лишь в весьма частных случаях, например, в ФАР от-
ражательного типа. Как правило, более удобными являются
не отражательные, а проходные фазовращатели. В простей -
шем варианте проходной фазовращатель образуется из отра-
жательного йри использовании Y -циркулятора (см.рис.2,а).
Существует также схемы, в которой проходной фазовра-
щатель образуется из отражательных с помощью СВЧ-моста
(см. рис. 2,6). Как известно, мосты обладают следующим
свойством: энергия, поступающая в его плечо 1, делится по-
ровну между плечами 3 и 4. При этом плечо 2 развязано от-
носительно плеча 1, т.е. в идеальном случае энергия из пле-
ча 1 в плечо 2 не поступает.
При наличии неоднородностей в плечах 3 и 4 отраженная
энергия в общем случае пройдет как в плечо 1, так и в пле-
чо 2. Однако если фаза и модуль отраженных волн в плечах
3 и 4 одинаковы, то отраженная энергия пройдет только в
плечо 2. В частности, если в плечах 3 и 4 в одном и том
же сечении поставлены идеальные отражатели, то энергия
из плеча 1 полностью попадает в плечо 2. Меняя положение
отражателей, можно управлять фазой волны в плече 2.
Таким образом, если к плечам 3 и 4 моста присоединить
отражательные коммутационные фазовращатели (рис. 4) и
синхронно управлять их фазовыми сдвигами, то будет изме-
няться фаза волны в плече 2, т.е. получится проходной мо-
стовой коммутационный фазовращатель, в котором число раз-
личных значений фазы равно числу различных значений фазы
отражательного фазовращателя.
Существует модификация рассмотренного волноводного
проходного фазовращателя, позволяющая получить с теми же
отражательными фазовращателями удвоение числа дискретных
значений фазы. Эта схема, изображенная на рис. 5, состоит
из волноводно-щелевого моста 1, отражательных фазовраща-
43
телей П на /V дискретных значений фазы и нерегулируемого
фазовращателя Ш, представляющего собой отрезок волновода
длиной — - • Как будет показано ниже, эта схема про-
ходного фазовращателя позволяет получить 2 N различных
значений фазы с дискретом £ , где у - дискрет фазы
отражательных фазовращателей.
Рис. 4. Схема проходного мо-
стового коммутационного фа-
зовращателя на N состояний
фазы
Рис. 5. Схема коммутацион-
ного фазовращателя с удво-
енным числом дискретных
значений фазы
Анализ основных параметров проходного фазовращателя
с удвоением числа дискретных значений фазы
К основным параметрам любого дискретного фазовраща-
теля относится число различных значений фазы и точность
их установки, коэффициент полезного действия фазовращате-
ля, коэффициент отражения от его входа, диапазонные свой-
ства и т.д.
Для анализа основных параметров рассматриваемого фа-
зовращателя воспользуемся теорией матриц рассеяния много-
полюсников СВЧ.
Как известно, нормированная матрица рассеяния много-
полюсника [у] , представляющего собой волноводную систе-
му, связывает нормированные31 комплексные амплитуды волн
напряжения301 Л; , b-t [12]. падающих на этот многополюс-
ник и отраженных от него соответственно (рьс. 6).
х Существуют также ненормированные матрицы [12]. Они
выражают зависимость между ненормированными падающими
и отраженными волнами.
Xх Имеются также матрицы рассеяния по току [12]. Их
применение не дает существенных преимуществ и сами они
сравнительно редко используются при расчетах многополюс-
ников СВЧ.
44
k,
Ь2
з12 ... sfn
$21 $22 ' $2п
$-П1 $П2 • ‘ $нп
(1)
или кратко
Физический смысл комплексных элементов матрицы
рассеяния [5] заключается в том, что они являются для мно-
гополюсника коэффициентами передачи из плеча £ в плечо
I при условии согласования
всех остальных плеч. Элемен-
ты матрицы рассеяния с дву-
мя оди {аковыми индексами
Skk представляют собой
комплексные коэффициенты
отражения в плече с номе-
ром k при условии согла-
сования всех остальных его
плеч.
Рассматриваемый фазо-
вращатель (см. рис. 5), как
уже отмечалось, представ -
ляет собой соединение сле-
дующих многополюсников
СВЧ: волноводно-щелевого
моста, отрезка регулярно —
Рис. 6. Схема СВЧ-многопо-
люсцика
го волновода, включенного в одно из плеч моста, и отража-
тельных фазовращателей.
Матрица рассеяния идеального волноводно-щелевого мо-
ста, являющего восьмиполюсником, имеет вид
-J6 ' 0 0 1 -j 1
[5]- е 0 0 -j 1
l/F 1 j с 0
- 7 1 0 0 J
(2)
где
2-4
через 6 обозначена электрическая длина канала 1-3 или
моста (см. рис. 5).
Подключение отрезка регулярного волновода с электриче-
СКОЙ ДЛИНОЙ V =
° Л в
к плечу 4 эквивалентно смещению
45
= [S]|>] .
плоскости отсчета из положения Q Q в положение ^^(см.
рис. 5). Как известно, это эквивалентно преобразованию
матрицы рассеяния моста по правилу
(3)
где [pj - диагональная матрица следующего вида:
'10 0 0
и= 0 10 0 0 0 1 0 (4)
.0 0 0 е'^.
Поэтому матрица рассеяния моста с подключенным к
плечу 4 отрезком волновода имеет вид
0 0 1 -je* -
0 0 -j
1 -J 0 0 (5)
е'Л 0 0
Подключение коммутационных отражательных фазовращате-
лей к плечам 3 и 4 эквивалентно подключению нагрузок к
этим плечам с
где ~
лей; k , т -
коэффициентами отражения соответственно
гз =
- дискрет фазы отражательных фазовращате-
номера включенных коммутаторов соответст-
венно в нижнем и верхнем отражательных фазовращателях
(см. рис. 5).
Как известно [11], подключение нагрузки с коэффициен-
том отражения и k -му плечу многополюсника с матри-
цей рассеяния [S'] приводит к следующим преобразованиям
этой матрицы:
а) порядок матрицы понижается на единицу за счет вы-
черкивания k —й строки и k -го столбца; t
б) остающиеся элементы исходной матрицы S-- заменя-
ются новыми элементами Sпо правилу
Ц У
46
Применяя последовательно дважды описанное выше пра-
вило, найдем, что матрица рассеяния проходного фазовраща-
теля с удвоением числа дискретных значений фазы, являюще-
гося уже четырехполюсником, будет иметь вид
cos - т) е
,(6)
где ft = (к + т ) = 1,2, 2 /V - номер фазового со -
стояния проходного фазовращателя; у/=^£ =_£ _ дискрет
фазы проходного фазовращателя.
Коэффициент передачи рассматриваемого фазовращателя
. . '/('«^+77 -jz@
szr$n=jc0S\(.k~m)V'f\e е • (7)
Коэффициент отражения в плече 1
г/> х 1 -Япч>'Э’) -i2Q
S^jstft [(fe-tn) J е S . (8)
Определим условия,, при которых сомножитель cos\(j?-fri)ifj-^
коэффициента передачи 821 не будет зависеть от фазового со-
стояния п. фазовращателя. Как нетрудно заметить, таких
условий два:
л- Ч>
И
к-т
О при
1 при
tt четном
п нечетном
(9)
При выполнении данных условий
коэффициента передачи постоянен
указанный сомножитель
= cos Л — J = const;. (10)
При этом, однако, модуль коэффициента отражения 18^ | -
= sift N отличен от нуля, т.е. фазовращатель с удвоенным
числом дискретных значений фазы не является идеально про-
зрачным и отражения на его входе без дополнительного управ-
ляемого элемента скомпенсировать нельзя.
47
Таким образом, условия (9) определяют факторы, при
которых возможно удвоение числа различных фазовых со -
стояний в рассматриваемом фазовращателе по сравнению с
исходной моделью (см. рис. 4) при условии постоянства
амплитуды поля на выходе фазовращателя. Кроме того, (9)
определяет алгоритм переключения коммутаторов в отража-
тельных фазовращателях.
При использовании отражательных фазовращателей на 4
положения фазы ( Л/ = 4) матрица рассеяния рассматриваемо-
го фазовращателя имеет вид
sift — е
о
cos j- е
cos — е
о
' Z ,\n . 7Г „
; (-f) stn-e
Как следует из матрицы рассеяния (11), фаза на выходе
фазовращателя, отсчитываемая от его входа, определяется
фазой коэффициента S21 , т.е. равна (-- 2 0 ) -
Однако для удобства расчетов за фазу фазовращателя в даль-
<п->
нейшем примем величину , что эквивалентно сме-
щению начала отсчета фазы фазовращателя на постоянную
величину — - — -26.
В табл. 2 приведен алгоритм переключения коммутаторов,
соответствующий вышеприведенному определению фазы фазо-
вращателя
Модуль коэффициента отражения |3Z/| для рассматрива-
емого фазовращателя с у = —
sin. ^-= 0,383.
О
(12)
Влияние погрешностей СВЧ-элементов на характеристики
проходного фазовращателя с удвоенным числом дискретных
значений фазы
Приведенные выше соотношения справедливы, когда эле-
менты фазовращателя идеальны На практике же приходится
иметь дело с элементами, характеристики которых отлича-
ются от идеальных. Так, отражательные фазовращатели, на-
ряду с ошибками установки фазы, обладают потерями, свя -
48
занными с поглощением энергии в -pifi - диодах, а щелевой
мост имеет конечную направленность и не делит мощность
точно пополам. Это приводит к появлению амплитудных и фа-
зовых ошибок в фазовращателе, построенном на основе этих
элементов. Выясним влияние разброса параметров СВЧ-эле-
ментов рассматриваемого фазовращателя на 8 положений фа-
зы на его электрические характеристики.
Таблица 2
1г Номера включенных коммутаторов отражательных фазовращателей Ttt
£ tri
1 1 0 (4)Х 'л'
2 1 1 JT ~2
3 2 1 1 >ь1бэ 4
4 2 2 -Л
5 3 2 h 1
6 3 3 1 to |оэ Ч
7 4 3 7 ~4 ”
8 4 4 ~ 2 л
Влияние ошибки установки фазы отражательных
фазовращателей
Как следует из выражения (6) для матрицы рассеяния
мостового фазовращателя на 8 положений фазы, коэффициент
передачи от плеча 1 к плечу 2 имеет вид
х Отражение энергии от последнего коммутатора с номе-
ром tn ж Л/ =4 (от закороченного торца волновода) в верх-
нем отражательном фазовращателе (см. рис. 5) в силу пери-
одичности фазы эквивалентно включению его несуществующе-
го нулевого коммутатора.
49
{k~fn)Tt Jt J 7}
~i~-e « • (la)
При наличии ошибки установки фазы в четырехпозицион-
ных отражательных фазовращателях фаза коэффициента пере-
дачи Т2/ меняется следующим образом:
521 = "
2
где
J у
Л и <4^ - ошибки установки фазы отражательных
фазовращателей;
= — (/5% - ошибка установки фазы мостового фаэо-
% вращателя.
Экспериментальные исследования большой партии отража-
тельных фазовращателей показали, что ошибки установки их
фазы являются независимыми случайными величинами с нор-
мальным законом распределения и с нулевыми средними зна-
чениями J = J ~ 0. Поэтому ошибки установки фазы
рассматриваемого мостового фазовращателя также подчиня-
ются нормальному закону распределения со средним
нием
значе—
= / + -о (15)
и с дисперсией
(ie>
Полагая, что дисперсия ошибки установки фазы отража-
тельных фазовращателей 27z> = Лл^рт ~ б2 не зави-
сит от номера включенного коммутатора, получим
\б2. (17)
Таким образом, ошибка установки фазы рассматриваемо-
го проходного мостового фазовращателя является случайной
величиной с нормальным законом распределения с нулевым
средним значением и дисперсией, равной половине дисперсии
ошибки установки фазы одного отражательного фазовращате-
ля.
50
Ошибки установки фазы отражательных фазовращате-
лей влияют также на модуль коэффициента передачи
IS2il . Можно показать, что среднее значение /S„J
по всем фазовым состояниям проходного фазовращателя на
8 положений
ю-
4 ЗТ
е C0S 8
(18)
Нормированный (к максимальному значению [ 321 | макс
при
6*0) график зависимости от среднеквадратичной
ошибки б приведен на
рис. 7. В выпускаемых в
настоящее время отража -
тельных фазовращателях
на 4 положения макси -
мальная ошибка установ -
ки фазы лежит в пределах
15-20°, которая в случае
нормального закона рас-
пределения соответству -
ет б = 5-7°. Как еле -
дует из рис. 7, коэффи -
циент передачи фазовра-
щателя {5г1 | при таких
значениях б практиче -
ски остается неизменным.
Рис. 7. График нормированного
коэффициента передачи фазовра-
щателя с удвоенным числом дис-
кретных значений фазы в зависи-
мости от величины среднеквадра-
тичной ошибки установки фазы
отражательных фазовращателей
Влияние погрешностей волноводно-щелевого моста и тепловых
потерь в коммутаторах отражательных фазовращателей
При наличии тепловых потерь в коммутаторах отража -
тельных фазовращателей, коэффициенты отражения от них име-
ют вид
. * ~"7 F
r3‘-Qe z- Г^-de , (19)
где Q 1 - коэффициент, характеризующий тепловые потери.
51
Унитарную матрицу рассеяния [S' ] волноводно-щелевого
моста с погрешностями можно представить в виде
с b
Гу'> , е - С /я -А 6
dcd+td+c2'* d2 ь С (20)
-jd 6 с ja .
Из условия унитарности следует, что IfI-
где х - коэффициент деления по полю между выходными
плечами волноводно- щелевого моста (для идеального трех-
децибельного моста 1). Учитывая малость отклонений
коэффициентов матрицы [5']от соответствующих коэффициен-
тов идеальной матрицы [5] (а« 1; С << 1; Ь — 1;
d — 1), заметим, что направленность моста, определяемая
как отношение d. , в данном случае .приближенно равна ве-
личине коэффициента С
С учетом пояснений, сделанных после выражения (11) и
формул (19), (20), можно показать, что коэффициент переда-
чи S' рассматриваемого восьмипозиционного фазовращате-
ля с неидеальными СВЧ- элементами с точностью до членов
порядка малости выше второго, имеет вид
(21)
Первое слагаемое этого выражения соответствует требу-
емой амплитуде и фазе на выходе проходного фазовращателя,
а выражение, заключенное в квадратную скобку, определяет
амплитудную и фазовую ошибки реального фазовращателя,
обусловленные погрешностью параметров волноводно-щелево-
го моста.
Условие унитарности матрицы рассеяния многополюс-
ника означает, что последний образован из чисто реактив-
ных элементов, в которых отсутствуют активные потери.
Математически условие унитарности матрицы [S] выражает-
ся в виде [5]=[£]• где через [Г] обозначена единич-
ная матрица, а через - транспонированная комплексно-
сопряженная к [S] матрице.
52
На рис. 8 показаны зависимости фазовой ошибки
и модуля коэффициента_передачи | S211 проходного фазовра-
щателя с дискретом в зависимости от его фазового со-
стояния ft для двух значений направленности волноводно-ще-
левого моста.
Рис. 8.
циента
лом дискретных значений фазы __________
мостом и отражательными фазовращателями с
потерями в зависимости от его фазового состо-
яния М
График фазовой ошибки
передачи фазоврашателя
и
с
с
Как следует из приводимых
графиков, величины амплитудной
и фазовой ошибки зависят от но-
мера фазового состояния фазовра-
щателя ft . На рис. 9 представ -
лена зависимость максимальной
величины фазовой ошибки (мак-
симум берется по всем значени-
модуля коэффи-
удвоенным чис-
неидеальным
Рис. 9. График фазо-
вой ошибки фазовра-
щателя с удвоенным
ЧИСЛОМ ДИСКреТ 51ЫХ
значений фазы ( N =8)
в зависимости от на-
правленности моста
ям ft ) от направленности вол-
новодно-щелевого моста.
53
Коэффициент полезного действия фазовращателя
Под коэффициентом полезного действия рассматриваемо-
го фазовращателя понимается к.п.д., измеренный с учетом
потерь, обусловленных коэффициентом отражения на входе
фазовращателя, тепловыми потерями в коммутаторах и погреш-
ностями в СВЧ-элементах (волноводном мосте и отражатель-
ных фазовращателях). В общем случае к.п.д. фазовращателя
зависит от его фазового состояния /г . Поэтому представля-
ет интерес вычисление усредненного значения к.п.д. фазовра-
щателя по всем фазовым состояниям, которое определяется
следующим образом:
1 8 -2
7„-~д S <22)
Рис. 10. Графики среднего значения к.п.д.
фазовращателя с удвоенным числом дискрет-
ных течений фазы ( N = 8) в зависимости от
направленности щелевого моста, тепловых по-
терь (а) и коэффициента деления энергии по
'полю' между плечами щелевого моста (б)
На рис. 10,а,б показаны расчетные зависимости средне-
го значения к.п.д. фазовращателя на 8 положений фазы от ве-
личины направленности волноводно-щелевого моста С , ве-
личины Q (тепловых потерь в коммутаторах отражательных
фазовращателей) и его коэффициента деления эе .
54
Расчетное задание
При подготовке к лабораторной работе необходимо:
1. Рассчитать модуль и фазу комплексного коэффициента
передачи рассматриваемого фазовращателя, являющихся
соответственно относительной амплитудой | s'21 ( и фазой Урасч
поля на выходе реального исследуемого фазовращателя.
Расчеты провести по формуле (21) для различных фазовых
состояний ( « = 1—8), полагая, что реальная направленность
волноводно-щелевого моста имеет значение С =0,07(-23 дБ),
неравномерность деления энергии между плечами щелевого
моста X = 0,925 и тепловые потери в коммутаторах отража-
тельных фазовращателей соответствуют Q = 0,9.
На кафедре имеется методическое пособие с программой
расчета по формуле (21) и нижеследующей формуле (23) на
ЭВМ М4030 (шифр пособия R6ST17 ). В эту программу не-
обходимо внести цифровые значения для С , ге и Q , ука -
занные выше.
Определить отклонение фазы от ее значения для идеали-
зированного случая по формулое Д jJn = 7Расч > где _
значение фазы на выходе идеализированного фазовращателя с
удвоенным числом дискретных значений фазы; берется из
табл. 2.
Результаты расчета записать в отчете в таблице, состав-
ленной аналогично табл. 3, и построить графики | и
в зависимости от к .
Таблица 3
55
2. По полученным в п. 1 расчетным значениям | S21 I и
формуле (22) определить среднее значение к.п.д., иссле-
дуемого фазовращателя.
3. Рассчитать модуль коэффициента отражения /^(иссле-
дуемого фазовращателя при и = 1-8, по формуле
Полученные результаты расчета 13^1 занести в табл. 4
и построить график в зависимости от м, .
Таблица 4
Номер состояния. фазовращателя 1 2 3 8
Требуемое состоя- ние фазы фазрвра- щателя ('/ty/)'5 45 90 135 360
Эксперименталь- ное значение фазы фазовращателя
Эксперименталь- ное значение ( S21 ]
Эксперименталь- ное значение | S1f j
56
Экспериментальная часть
Описание установки и ее схема
Исследуемый фазовращатель представляет собой комму-
тационный проходной фазовращатель на 8 положений фазы,
построенный по схеме удвоения
вого моста и двух серийных
коммутационных фазовраща-
телей отражательного типа
на 4 положения фазы. Блок-
схема установки для измере-
ния параметров фазовраща -
теля показана на рис. 11.
Энергия от генератора
СВЧ через вентиль Bj по-
ступает в основной волно-
вод, откуда через крестооб-
разный направленный ответ-
витель частично ответвляет-
ся в исследуемый фазовра-
щатель Ф. С выхода иссле-
дуемого фазовращателя СВЧ
энергия через вентиль В2
подается на один из вхо -
дов измерительной линии ИЛ.
На второй вход измеритель-
ной линии подается СВЧ-
энергия из основного волно-
вода через вентиль В^а С
помощью аттенюаторов Ар
амплитуды сигналов на
входах измерительной линии
выравниваются, так что в ли-
нии устанавливается режим
стоячей волны. Измерение фа-
зы фазовращателя определяется
на основе волноводно-щеле-
Рис. 11. Электрическая схе-
ма установки для измерения
фазы поля на выходе
проходного фазовращателя:
Г - генератор СВЧ; ВрВд-
вентили; Пр Пд- волновод-
ные переходники; Ф - иссле-
дуемый фазовращатель; А, ,
А 2 - аттенюаторы; Н - по-
глощающая нагрузка; ИЛ -
измерительная линия; ИУ -
измерительный усилитель;
ПУФ - пульт управления фа-
зовращателем; БП - блок
питания
по смещению узла стоячей
волны.
В связи с тем, что промышленностью выпускаются от-
ражательные фазовращатели на волноводах сечением (28,5 х
х 4) мм, основной волновод, поглощающая нагрузка Н (см.
рис. 11) и волноводно-щелевой мост имеют такое же сечение.
Выход генератора и все другие СВЧ-элементы имеют сече-
57
ние волноводов (28,5 х 12,5) мм. Для передачи СВЧ-энергии
из волновода сечением (28,5 х 12,5) мм в волновод (28,5 х
х4) мм (или наоборот) применяются волноводные переход -
ники П - Пд.
Мощность, отраженная от входа фазовращателя, поглоща-
ется согласованной нагрузкой, основным элементом которой
является клин, выполненный из ферроэпоксида.
Управление фазой фазовращателя осуществляется с пуль-
та коммутации фаз ПУФ, представляющего собой панель, на
которой смонтировано 7 тумблеров. Каждый тумблер управ-
ляет подачей напряжения с блока питания БП на 6 pin -
диодов отражательных фазовращателей. Позиция ручки каж-
дого тумблера в соответствии с фазовым состоянием «. ис-
следуемого проходного фазовращателя обозначена па панели
ПУФ.
При всех выключенных тумблерах pin - диоды обесто-
чены. Это соответствует фазе - 2 л" или, что одно и то же,
нулевой' фазе исследуемого азовращателя. В случае включе-
ния- тумблера 1 ток подается на 1-й pin - диод невысту -
лающего отражательного фазовращателя; фаза на выходе ис-
следуемого фазовращателя равна - ~ . При включении тум-
блера 1 и 2 ток подается одновременно на первые pin - ди-
оды обоих отражательных фазовращателей. Фаза на выходе
мостового фазовращателя равна - . При включении тумбле-
ра 3 (при выключенном тумблере 1) ток подается на 2-й
pin - диод невыступающего отражательього фазовращате-
ля и 1-й диод другого отражательного фазовращателя - фаза
на выходе будет - л .И так далее, согласно табл. 2 и
рис. 5, при переключении последовательно тумблеров на пане-
ли ПУФ, фаза волны на выходе фазовращателя будет изменя-
ться от 0 до 360 с дискретом 45 .
Для управления pin - диодом на каждой из них с БП
через выпрямитель и балластное сопротивление подается
управляющий ток в 100+ 10 мА. Балластные сопротивления
служат для ограничения тока, протекающего через pin- ди-
оды. Падение напряжения на каждом bin - диоде порядка
1,5 В.
58
Измерение коэффици-
ента отражения от входа
исследуемого фазовраща-
теля проводится по блок-
схеме, показанной на
рис. 12. К выходу 5 основ-
ного волновода подключа-
ется согласованная нагруз-
ка Н. Другая нагрузка Н
подключается поочередно к од-
ному из каналов 1 или 2 фазо-
вращателя. Соответственно к
свободному каналу (2 или
1) подключается детектор-
Рис. 12. Электрическая схе-
ма установки для измерения
коэффициента отражения от
входа проходного фазовраща-
теля (обозначения аналогич-
ны рис. 11; ДС - детекторная
секция)
ная секция ДС, которая связана с измерительным усилите -
лем.
Порядок проведения эксперимента
В начале занятия бригаде студентов необходимо с раз-
решения преподавателя или лаборанта включить приборы уста-
новки для их предварительного прогрева перед началом экспе-
римента.
1. Измерение фазы на выходе фазовращателя с удвоенным
числом дискретных значений фазы.
а) Измерения параметров исследуемого фазовращателя
производят на установке, собранной на блок-схеме рис. 12.
Убедитесь по волномеру генератора, что он генерирует часто-
ту f = 7700 МГц с точностью до +0,6%.
Для измерения фазы в измерительной линии лабораторной
установки необходимо обеспечить режим стоячей волны. Для
этого необходимо равенство амплитуд волн, поступающих в
линию из основного волновода и с выхода исследуемого фазо-
вращателя. Выравнивание амплитуд производится следующим
образом. Аттенюатор
хание, а аттенюатор
устанавливают на минимальное зату-
- на максимальное затухание и заме-
К2
А1
59
чают показание измерительного усилителя. Затем, наоборот,
в аттенюаторе А£ устанавливают максимальное затухание,
а в аттенюаторе минимальное и отмечают показания при-
бора усилителя. Из этих двух комбинаций восстанавливают ту,
при которой были большие показания усилителя. После это-
го путем регулировки аттенюатором, которым было введено
меньшее затухание, уровень сигнала снижают до уровня сиг-
нала при другой комбинации, а затухание второго аттенюато-
ра уменьшают снова до нуля.
Перемещая каретку измерительной линии, убедитесь, что
в установке существует режим стоячей волны. Чувствитель-
ность измерительного усилителя должна быть такой, чтобы
можно было отметить смещение каретки линии на 0,3-0,6 мм.
б) Запишите положение zg одного из узлов стоячей вол-
ны, которое соответствует исходному значению фазы на вы-
ходе исследуемого фазовращателя (все диоды обесточены).
Затем на пульте коммутации фаз ПУФ включите тумбле-
ры, соответствующие значению фазы в 45 ; узел стоячей
волны сместится в сторону. Переместите каретку измери -
тельной линии в положение ближайшего узла. Запишите сме-
щение Zlz, узла стоячей волны относительно первоначаль-
ного положения.
На пульте ПУФ включите тумблеры, соответствующие
положению исследуемого фазовращателя в 90 , и повторите
аналогичные измерения. При этом смещение» узла ZJ zz стоя-
чей волны надо замерить относительно его исходного поло-
жения. Затем последовательно проделайте то же самое для
состояний фазы в 135, 180, 225, 270j 315°. Вычислите экспе-
риментально измеренные значения фазового сдвига, исполь-
зуя формулу пересчета
п о
'Ф =---------— 360 ,
' /г эксл й ’
в
и запишите в табл. 4. При таких измерениях каретка линии
должна все время двигаться в одну сторону. Если каретка
подошла достаточно близко к краю шкалы (на 5*-10 мм), то
ее следует сдвинуть в расположение другого узла на противо-
положном краю шкалы (в этом случае обязательно следует
записать положение обоих узлов).
в) Определите ошибку J фазы исследуемого фазо-
вращателя по сравнению с фазой такого же идеализированно-
го фазовращателя J эксп . Постройте график
60
от ft . Сравните результаты измерения с результат —
ми расчетов (см. п. 1 расчетного задания).
2. Измерение модуля коэффициента передачи | S|ымо -
дуля коэффициента отражения |$,}| исследуемого фазовраща-
теля., Соберите установку но блок-схеме, приведенной на
рис. 12. К выходу 5 направленного ответвителя <о основно-
го волновода,’ подключите детекторную о. цгю ДС и с помо-
щью ручки "Аттенюатор" генератора у -такою те сп релку при-
бора измерительного усилителя на среднее деле’-ie. Затем
настройте ДС по максимальному показанию усилителя. Если
при настройке ДС стрелка измерительного усилителя будет
отклоняться за пределы шкалы, то ручкой "Аттенюатор7
уменьшите эти показания и производите дальнейшею настрой-
ку ДС. Затем с помощью той же ручки "Атгенюагор" устано-
вите стрелку на максимальное показание прибора усилителя.
Это будет соответствовать мощности , подводимой на вход 3
исследуемого фазовращателя, так как направленный ответви-
тель делит мощность генератора поровну между каналами 3
и £>.
а) Определите модуль коэффициента передачи \S'2i | на
выходе исследуемого фазовращателя.
Подключите согласованную нагрузку к каналу I, а детек-
торную секцию - к каналу 2. Запишите в табл. 4 для ft = 1
значение мощности на выходе канала 2, нормированное отно-
сительно мощности на входе 3 исследуемого фазовращателя,
т.е. f <5*2 7 12 • Включая на пульте управления ПУФ последова-
тельно тумблеры, соответствующие 90, 135, 180, 225, 270,
315, 360°, запишите в табл. 4 значения |для всех зна-
чений ft .
Постройте график зависимости |S211 от л • Сравните
результаты эксперимента с результатами расчета (см. п. 1
расчетного задания).
б) Определите среднее значение к.п.д. исследуемого (фа-
зовращателя по данным, полученным в результате экспери-
мента, по следующей формуле:
. 8 . 2
Показания измерительного усилителя пропорциональны
мощности, поскольку диод детекторной секции настроен на ре-
жим квадратичного детектирования.
61
Результаты экспериментального к.п.д. сравните с резуль-
татами расчета (см. п. 2 расчетного задания).
в) Определите модуль коэффициента отражения [ | на
входе исследуемого фазовращателя.
Модуль коэффициента отражения | измеряется ана-
логично измерению модуля коэффициента передачи. Подклю-
чите согласованную нагрузку к каналу 2 (см. рис. 12), а
детекторную секцию - к каналу 1. Переключая на ПУФ тумб-
леры, соответствующие состоянию фазы исслрдуемого фазо-
вращателя 45, 90, 135, 190, 225, 270, 315, 360°, запишите
удвоенную измеренную мощность относительно входа 3 в
табл. 4 (удвоение измеренной мощности необходимо ввиду
того, что половина отраженной мощности через направлен -
ный ответвитель возвращается к генератору).
Постройте график | S;i | в зависимости от л . Сравни-
те результаты эксперимента с результатами расчета (см.
п. 3 расчетного задания).
Требования к составлению отчета
Оформление отчета должно отвечать требованиям, изло-
женным в разд. 1 Руководства [3].
В содержание отчета включается:
1. Электрическая схема лабораторной установки (рис.11,
12).
2. Результаты выполнения расчетного задания (одна таб-
лица и три графика).
3. Одну таблицу с результатами эксперимента.
4. Три рисунка с графиками ZJ <уп , \SZ11 > |S,f| в за-
висимости от п - номера фазового состояния исследуемого
фазовращателя.
5. Расчетное и экспериментальное значение к.п.д. иссле-
дуемого фазовращателя.
6. Выводы по результатам расчета и эксперимента.
Контрольные вопросы
1. Поясните принцип действия коммутационных отража-
тельных фазовращателей.
2. Поясните принцип действия проходных фазовращате -
лей, построенных на основе отражательных фазовращателей.
3. Поясните преимущества и недостатки дискретно—ком -
мутационных фазовращателей.
62
4. Поясните преимущества и недостатки исследуемого
проходного фазовращателя.
5. Пояснить, что такое матрица рассеяния многополюс-
ника и, в частности, записать матрицу рассеяния волноводно-
щелевого моста, отражательного фазовращателя, проходного
фазовращателя.
6. Пояснить правило, по которому находится матрица
рассеяния сложных многополюсников.
7. Рассказать об основных параметрах коммутационных
фазовращателей и, в частности, исследуемого фазовращателя.
8. От чего зависит точность установки фазы в исследу-
емом фазовращателе с удвоенным числом дискретных значе-
ний фазы?
9. От чего зависит коэффициент полезного действия ис-
следуемого фазовращателя?
10. Пояснить принцип работы блок-схемы установки по
измерению фазы фазовращателя.
11. Пояснить принцип работы блок-схемы установки по
измерению коэффициента отражения фазовращателя.
12. Перечислить основные схемы проходных фазовращате-
лей с полупроводниковыми коммутаторами и пояснить прин-
цип их работы.
13. Почему в исследуемом фазовращателе с удвоенным
числом дискретных значений фазы к.п.д. не равен единице
даже в случае идеальных коммутаторов и моста?
ЛИТЕРАТУРА
1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антен-
но-фидерные устройства. "Советское радио", 1974.
2. Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные
устройства. 'Советское радио", 1974.
3. Витко А.В., Семенов А.И., Трунова И.В. Руко-
водство к лабораторным работам по курсу 'Антенно-фидер-
ные устройства". Ч. 1. МАИ, 1973.
4. Антенны и устройства СВЧ. Под ред. Д.И. Воскресен-
ского. "Советское радио", 1972.
5. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. "Энергия",
1975.
6. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегра -
лов, сумм, рядов и произведений. Физматгиэ, 1963.
7. Расчет антенн СВЧ. Ч. П. Пособие к курсовому про-
ектированию по АФУ . Нод ред. Д.И. Воскресенского, МАИ,
1973.
8. Руководство к лабораторным работам по курсу 'Ан-
тенно-фидерные устройства*. Ч. 2. Под ред. И.В. Смирнова.
.чАИ, 1976.
8, СВЧ - устройства на полупроводниковых диодах.
Проектирование и расчет. Под ред. И.В. Малвского, Ь.В,Се-
строрецкого. "Советское радио', 1969.
10. Сканирующие антенные системы СВЧ. Т. 3. Пер с
а гд. под ред. Г.Т. /Маркова, А.Ф. Чаплина, 'Советское ра-
дио’, 1971.
11. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.В.
( лравочник по элементам волноводной техники. 'Советское
-щдио", 1967.
12. Сазонов Д.М., Гридин А.Н. Техника СВЧ. Под
ред. Д.М. Сазонова. МЭИ, 1970.
СОДЕРЖАНИЕ
Работа № 15. Исследование цилиндрической спираль-
ной антенны ..................................... 3
Работа № 16. Исследование характеристик моноим -
пульсной антенной решетки с электрическим управ-
лением лучом.................................... 11
Работа № 17. Исследование коммутационного фа-
зовращателя с удвоенным числом дискретных
значений фазы . ................................ 36
Литература.......................................... 63
Валентина Гавриловна Воропаева, Александр Юрьевич Гринев,
Леонид Иванович Пономарев, Владимир Васильевич Попов
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ
ПО АНТЕННАМ И УСТРОЙСТВАМ СВЧ
Редактор Л.М. Коршунова Техн, редактор К.П. Барановская
Л - 72097 от 12/1Х-1978 г. 4,0 уч.-изд. 4,25 печ. л.
Зак, 464/8527_____________Цена 17 коп._______Тираж 1000
Ротапринт МАИ