UDC 537.87, 621.371
Alimentatorul de corn în afara fazei, cu o fractură a generatorului și cu teșitura deschiderii pentru colimatorul MAK-5M
N. P. Balabukha 1. N. L. Menshikh 1.2. VS Solosin 1
Institutul de Electrodynamică Teoretică și Aplicată RAS
2 Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova
Rezumat. A fost investigat un alimentator de corn deghizat cu o panta a deschiderii si o fractura a generatorului folosit pentru colimatorul MAK-5M. Calculele numerice au arătat că utilizarea acestui iradiator face posibilă extinderea zonei de lucru a colimatorului cu aproximativ 25% în banda de frecvențe de la 10 la 12 GHz.
Cuvinte cheie: iradiere colimator, poligon compact, modelare cu FEKO.
Rezumat. Feed-feed-ul difuzat de corn pentru domeniul compact MAK-5M este investigat. Înclinarea deschiderii cornului în plan vertical, obține modelul de radiație nonaxisimetrică. Forma diagramei pentru a ajuta un câmp uniform pe suprafața reflectorului. Modelul de radiație are o regiune cu o anumită valoare constantă a amplitudinii câmpului în plan orizontal. Unghiul unghiului de înclinare și al flarei a cornului mare este optimizat pentru a face cea mai bună formă de radiație.
Calculul electrodinamic a fost efectuat prin metoda ecuațiilor integrale (metoda momentelor) folosind FEKO. Folosind grupul de ITAE RAS, este posibilă realizarea simulării distribuției câmpului în intervalul destul de frecvență. Sistemul de alimentare cu corn și reflector este considerat în spațiul liber.
Gama compactă MAK-5M cu furaje corn misphased va fi diametrul zonei dezlegați de câmp de 2,5 m neuniformitate care să nu depășească ± 1 dB, iar faza a neuniformității mai mică de 10 °. Este vorba de o gamă compactă, cu o alimentare cu corn eronată care vă permite să extindeți banda de la 9,8 la 12 GHz.
Cuvinte cheie. feed reflector, gamă compactă, modelare computerizată de FEKO.
Un poligon compact este un complex de inginerie și un dispozitiv de măsurare scump. Prin urmare, este foarte important să se utilizeze pe deplin capacitățile sale, și anume să se obțină caracteristici de teren acceptabile în cea mai mare gamă de frecvențe și pe suprafața maximă a zonei de lucru.
Pentru măsurători pe un poligon compact, este important să se rezolve două probleme principale: obținerea unei valuri plane cu o amplitudine uniformă și o fază în zona de lucru și alocarea unui semnal util. Neuniformitatea câmpului este determinată de diagrama de iradiere, de difracția valurilor la marginile reflectorului de colimator și de reflexia elementelor structurale ale camerei în sine. Pentru a reduce câmpul difracționat, marginile oglinzii au o formă încrețită, materialul absorbant ajută la reducerea semnificativă a semnalului de fond din camera în sine. Transformarea semnalului într-un domeniu de timp permite scăderea semnalelor de zgomot care au o cale optică excelentă din calea semnalului util [1].
Pentru a crește eficiența unui poligon compact, este recomandabil să folosiți iradiatori cu o formă specială a modelului de radiații optimizat pentru acest colimator. În această lucrare prezentăm un iradiator care ne permite să extindem zona de lucru într-o anumită bandă de frecvență.
Să formăm cerințele de bază pentru iluminatoarele colimatorului.
Neuniformitatea câmpului în zona de lucru în amplitudine și fază nu trebuie să depășească unele valori predeterminate. Aceste valori sunt alese pe baza măsurătorilor și a preciziei ce urmează a fi realizată pe această gamă compactă.
Să ne întoarcem la Fig. 1. Deoarece Oglinda colimatorul este tăiere asimetrică a paraboloidului de revoluție, și înseamnă iradierea este situat în centrul atenției sale, din cauza diferenței de distanțe R 1 și R 2 pentru a produce un câmp cu o amplitudine constantă între punctele 1 și 2 pe oglinda colimatorului, este necesar să se mărească semnalul spre partea superioară marginea zonei de lucru. Diagrama de radiație a unui iluminator ideal trebuie să fie asimetric în direcția verticală, amplitudinea trebuie să crească față de marginea superioară a oglinzii și să fie simetrice în secțiunea orizontală. În afara câmpului zonă de lucru ar trebui să scadă rapid la marginile oglinzii pentru a reduce colimatorul de difracție la margini.
(a) felie verticală (b) felie orizontală
Fig. 1. Geometria unui poligon compact, o vedere din lateral (a) și o vedere de sus (b).
De asemenea, este important ca iluminatorul să mențină modelul de radiație într-o anumită bandă de frecvență și poziția centrului său de fază să rămână constantă.
Antenele cu corn sunt adesea folosite ca iradiatori ai colimatorului [2]. Cu toate acestea, caracteristicile lor au o serie de dezavantaje. Pentru a respecta valorile date ale inegalității câmpului, este necesar să se mărească intensitatea iradierii marginilor oglinzii, ceea ce duce, la rândul său, la o creștere a difracției la marginile oglinzii. În plus, nivelul radiațiilor laterale poate fi, de asemenea, foarte semnificativ.
O parte din probleme pot fi eliminate folosind diferite modificări ale coarnelor. De exemplu, pentru a obține un câmp mai uniform în deschiderea cornului, este adesea folosită o flanșă cu diverse modificări [1]. De asemenea, pentru a asigura un declin abrupt spre marginile oglinzii câmp poate fi utilizat pentru absorbția muștiucul duzei [3]. În lucrările [4. 5] arată că, dacă o tranziție lină de la un difuzor la marginile libere ale spațiului (îndoiți marginea corn), este posibil să se reducă în mod semnificativ influența difracției la marginile și pentru a îmbunătăți calitatea terenului în zona de lucru. Cel mai frecvent iradiator colimatorul cu o formă specială a modelului de radiație este un corn cu caneluri din [6]. Canile cu un canal de treaptă pot reduce în mod semnificativ nivelul emisiei laterale a claxonului. Posibilitatea utilizării acestor coarne într-o gamă largă de frecvențe a fost investigată prin crearea unui profil cu profunzime variabilă a canalului [7]. Diagrama acestui difuzor are o regiune cu o amplitudine constantă, recesiunea la marginile oglinzii, de asemenea, semnificativ mai mare decât cea a unui difuzor convențional.
Antenele dielectrice fac posibilă formarea modelului de radiație optim al iradiatorului, dar numai într-o bandă de frecvență mică. De exemplu, în [8] se consideră un iluminator dielectric de tije, în care modelul de radiație are o regiune cu o amplitudine aproximativ constantă. Cu toate acestea, această formă a lobului principal este formată într-o bandă de frecvență foarte îngustă: 5% din interval. Acest iradiator a fost modernizat în continuare datorită insertului fluoroplastic [9]. Acest lucru a permis extinderea domeniului de frecvență la 2 GHz.
Au fost investigate proprietățile direcționale ale claxonului cu o ruptură a generatorului [10]. Este arătat că un astfel de corn în modelul de radiație are o regiune cu o valoare aproape constantă a amplitudinii câmpului într-un anumit interval de unghiuri, care persistă într-o anumită bandă de frecvență.
Toate iradiatoarele de mai sus au simetrie axială. După cum sa menționat deja, diagrama de iradiere trebuie să fie asimetrică în direcția verticală. Prin urmare, un difuzor cu un model de radiație ne-axiometric este de mare interes ca iradiatori ai antenelor și colimatorilor oglinzi. În [11], a fost considerat un corn cu o deschidere înclinată și sa propus o tehnică pentru dezvoltarea unor astfel de coarne.
Rezultatele din [10-11] au făcut posibilă continuarea și studierea unei structuri care are atât o deschidere clară cât și o fractură a generatorului [12]. Datele cercetării au arătat că, prin selectarea parametrilor antenei, este posibilă formarea modelului de direcționare necesar. Ca iluminator al colimatorului, cornul out-of-phase cu o fractură a generatorului nu este aproape investigat.
Pentru a calcula modelul de difuzor al claxonului, este necesar să se precizeze dimensiunile acestuia, metoda excitației și condițiile de limitare pe pereții cornului. Luați în considerare aceste elemente în ordine.
2. Geometria colimatorului
Geometria iradiator determinată de lățimea necesară a modelului de radiație, care este la rândul său, determinat de parametrii colimatorul. Speakerul investigat este optimizat pentru colimatorul MAK-5M [1]. Distanța de la partea de sus a oglinzii colimatorului la focalizare este de 3,5 metri. Zona de lucru este un cilindru dispus orizontal de 1,8 metri lungime, cu diametrul de 1,5 metri. Se indică unele colimatorul caracteristică direcție (Figura 1.): - o direcție orizontală între marginile oglinzii, la punctul cel mai îngust al colimatorului, - o direcție orizontală între marginile zonei de lucru a colimatorului; unghiurile verticale măsurată de la axa de rotație a paraboloidului: - direcția muchiei inferioare, pe verticală, - direcția marginii superioare a oglinzii verticale, - direcția marginii inferioare a zonei de lucru a verticală - direcția marginii superioare a zonei de lucru verticală.
Pentru a forma un model de radiație având o zonă cu o amplitudine aproximativ constantă, unghiul de deschidere al claxonului mare trebuie să fie semnificativ mai mare decât unghiul la care este vizibilă zona de lucru. Totuși, așa cum s-a menționat mai sus, pentru a reduce amplitudinea undelor difuze la marginile oglinzii, este necesar să se asigure o scădere semnificativă a amplitudinii câmpului în afara zonei de lucru. Unghiul optim este ales astfel încât ambele condiții să fie îndeplinite.
3. Geometria vorbitorului
Schema difuzoarelor este prezentată în Fig. 2. Difuzorul este alcătuit din trei părți: un segment al unui ghid de undă circular, un mic corn infazic conic și un mare corn puternic distorsionat. Dimensiuni principale: mm - diametrul de deschidere al claxonului mic; - unghiul de deschidere al cornului mic; - diametrul de deschidere al claxonului mare; - unghiul de deschidere al claxonului mare. Diametrul ghidului de undă rotund este de 23 mm.
Fig. 2. Diagrama unui corn deghizat cu o pauză în generatrix și cu panta diafragmei.
Pentru a găsi raza optimă de deschidere a unui corn mare, a fost folosită formula aproximată dată în [12].
unde este lungimea de undă, cu numere paralele care oferă o formă de pâlnie a diagramei, jumătate integrală - plată și ciudat - în formă de cupolă. Raza deschiderii difuzorului a fost calculată prin formula pentru o diagramă plană și frecvența centrală a intervalului de frecvență de operare - 10 GHz.
Pentru a obține o iluminare uniformă a oglinzii, amplitudinea în direcția marginii superioare a zonei de lucru trebuie să fie de 1,18 ori mai mare decât în direcția marginea inferioară. Partea conică a cornului mare este tăiată de un plan la un unghi de 9 ° față de orizontală. După cum au arătat calculele suplimentare, acest lucru face posibilă obținerea raportului necesar al amplitudinilor la marginile superioare și inferioare ale zonei de lucru într-o bandă largă de frecvență.
Calcularea claxonului defazat a fost efectuată prin metoda momentelor utilizând programul FEKO. care se referă la metodele exacte, care permite difracția valului în ruptura cornului și la marginea sa.
În modelul matematic al claxonului, a fost excitat doar modul principal al ghidului de undă al valului H11 al unui ghid de undă circular. Pe pereții cornului și pe suprafața colimatorului, s-au stabilit condiții limită pentru conductorul ideal, adică componentele tangențiale ale câmpului sunt zero. Feedhorn instalat în centrul colimatorului la un unghi de 38 ° deasupra orizontului (direcția centrului zonei de lucru a colimatorului) decupajului în sus. Câmpul a fost investigat în zona de lucru a colimatorului, centrul zonei de lucru fiind situat la 7 metri de vârful paraboloidului.
Sistemul de iradiere a cornului - colimatorul a fost considerat în spațiu liber. În același timp, a fost exclusă lovirea directă a grinzilor din corn în zona de lucru.
5. Rezultatele calculelor numerice
Să comparăm caracteristicile direcționale ale claxonului defazat cu iradiatorul standard al cornului conic al colimatorului MAK-5M.
Intervalul de frecvență de lucru al iradiatorului standard este de 8,2 - 12 GHz. Comparația a fost efectuată la frecvențe separate în trepte de 0,2 GHz, mai jos sunt rezultatele pentru frecvențele inițiale, centrale și finale ale intervalului de funcționare. În toate figurile, curba neagră este un corn standard, curba roșie este un corn distorsionat. Rezultatele sunt prezentate pentru polarizarea verticală, unde distribuția câmpului este cea mai gravă.
Fig. 17: Secțiuni verticale ale fazei câmpului în planuri perpendiculare pe axa oglinzii și care trec prin începutul, mijlocul și sfârșitul zonei de lucru. Frecvență de 12 GHz; a) - pentru un iradiator standard, b) - pentru un corn deghizat cu o teșitură.
Faza câmpului se deteriorează ușor atunci când se utilizează un fazer dephase. Dar distorsiune puternică se observă numai o dată la frecvențe joase banda de 8.2 GHz la frecvențe mai mari de fază neuniformitate 9.8 GHz este de aproximativ 10 de grade, și este teren neuniform acceptabil.
A fost investigat un iradiaj cornos deghizat, cu o fractură a generatorului și cu panta diafragmei. Utilizarea unui astfel de corn ca iluminator al colimatorului face posibilă reducerea inegalității câmpului în zona de lucru. Realizat câmp inegale ± 1 dB în diametru zona de lucru de 2,5 metri pentru domeniul de frecvență 9.8-12 GHz, iar neuniformitatea ± 5 grade de fază. Acest lucru crește diametrul zonei de lucru cu 25%. Cu toate acestea, în partea de jos a benzii de frecvență, distribuția câmpului de deteriorare, în comparație cu un feedhorn conic standard neuniformitate a fost de 2,3 dB în diametrul zonei de 2,5 metri, pentru mai multe studii este considerată încă acceptabilă denivelări.
2. Eizenberg G.Z. Yampolsky V.G. Tereshin ON Antene VHF. M. "Comunicarea", 1977. Partea 1, 383 p.
3. Yerukhimovich Yu.A. Timofeeva A.A. Corniere combinate pentru antene de oglindă. // Proceedings of NIIR, 1979. № 1.
12. Timofeeva A.A. Determinarea dimensiunilor geometrice ale alimentatoarelor cu corn cu modele direcționale apropiate de cele optime. // Telecomunicații. 1977. №5.
2. Aizenberg G.Z. Yampol'skii V.G. Tereshin O.N. Antena UKV. [Antene VHF]. Moscova, Svyaz 'Publ. 1977, P. 1, 383 p. (În engleză)
3. Erukhimovich Y.A. Timofeeva A.A. Kombinirovannye rupornye obluchately dlya zerkal'nykh antena. [Combinați alimentarea cornelor pentru reflectoare]. Trudy NIIR. 1979. № 1. (în limba rusă)
11. Dronova V.A. Kozlovskay I.A. Timofeeva A.A. Khlopkova Z.K. În cazul unei antene neasigurate de măsurare a antenei, aceasta este însoțită de o diagramă a gravității obturatorului. [Forma de selecție a unei deschideri a antenelor nonaxisimetrice în funcție de modelul de radiație al feedului]. Trudy NIIR. 1987. N3. (În engleză)
12. Timofeeva A.A. Opredelenie geometricheskikh razmerov rupornykh obluchatelei s diagrammami napravlennosti blizkimi k optimalnym. [Determinarea dimensiunilor geometrice ale unei antene cu corn de alimentare cu modele de radiații apropiate de cele optime]. Electrosvyaz ". 1977. N5. (În engleză)
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: