“ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ” N 6, 2012

оглавление

УДК 621.296.67

Моделирование СКАНИРУЮЩЕЙ ГИБРИДНОЙ ЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ С МАЛЫМ ШАГОМ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЛУЧА

 

А. Н. Пластиков 1,2, Н. М. Фейзулла 1

 

1 ОАО "ОКБ МЭИ"

2 Национальный исследовательский университет Московский энергетический институт, кафедра Антенных устройств и распространения радиоволн

 

Получена 27 мая 2012 г.

Аннотация. Рассмотрена симметричная параболическая сканирующая зеркальная антенна S-диапазона с облучателем в виде решетки Н-секториальных рупорных антенн. Основное внимание уделено численному исследованию радиотехнических характеристик облучателя. Оптимизирована конструкция элементов решетки с целью совмещения фазовых центров в плоскостях векторов Е и Н. Сопоставлены диаграммы направленности, рассчитанные как при непосредственном моделировании всех излучающих элементов решетки, так и полученные с использованием множителя комбинирования для уединенного элемента и элемента в составе бесконечной решетки. Определены диаграммы направленности вторичного поля излучения. Рассчитан коэффициент отражения на входе делителя мощности, обеспечивающего синфазное и равноамплитудное возбуждение излучающих элементов решетки.

Ключевые слова: гибридная зеркальная антенна, антенная решетка, рупорная антенна, облучатель, фазовый центр, множитель комбинирования, периодические граничные условия.

Abstract. S-band scanning prime focus parabolic reflector antenna with H-plane sectorial horn array feed is presented in this article. Calculations were made by the use of method of moments code. Horn design was optimized for obtain overlapping phase centers in E- and H-planes. Far fields were comparing for three different models: first design include directly all radiating horns while the rest use array factor for one horn in free space and one horn formed part of infinite array. The reflection factor for power divider provided an in-phase and equal amplitude excitation of array elements is determined.

Index terms: array-fed reflector antenna, antenna array, horn antenna, primary antenna feed, phase center, array factor, periodic boundary conditions.

 

         Введение

         Для однозеркальной АС существуют два принципиальных подхода к обеспечению режима сканирования диаграммой направленности (ДН). Первым из них является механическое перемещение облучателя. Второй вариант подразумевает использование облучающей антенны с изменяемым амплитудно-фазовым распределением в его раскрыве и зачастую реализуется в виде облучающей фазированной антенной решетки. В этом случае саму АС принято называть гибридной зеркальной антенной (ГЗА).

         В качестве облучателей ГЗА достаточно широкое распространение получили различные варианты решеток на базе рупорных антенн. Простейшим вариантом подхода к построению подобной сканирующей облучающей решетки может являться использование для формирования каждого из лучей своей отдельной рупорной антенны, при этом переключение лучей можно производить посредством диаграммообразующей схемы (ДОС) на основе СВЧ переключателей мощности. Существенным недостатком подобного подхода является относительно большой шаг отклонения луча, который для фиксированного зеркала определяется главным образом габаритами раскрыва рупора.

         В работе рассмотрен вариант реализации облучателя симметричной параболической ГЗА S-диапазона в виде решетки H-секториальных рупорных антенн, позволяющей осуществлять сканирование с малым шагом отклонения луча. Описан принцип построения облучающей системы. Основное внимание уделено расчету и оптимизации характеристик излучения модели рупорной решетки. Приведены также результаты расчета ДН всей АС.

        

         Описание рупорного облучателя

         Схема построения рассматриваемой конструкции рупорного облучателя представлена на рис. 1. Сама решетка H-секториальных рупорных антенн включает в себя в общем случае N∙M элементов. Непосредственно излучать могут только N соседних  рупоров, которые возбуждаются синфазно и образуют таким образом излучающий кластер. За счет перемещения этого излучающего кластера вдоль всей решетки удается осуществлять однокоординатное управление ДН зеркальной антенной системы (обеспечить отклонение направления главного лепестка ДН от оси системы). При этом шаг изменения положения (сдвига) кластера равен ширине раскрыва одного рупора, величина которой относительно мала и выбирается исходя из требования на шаг отклонения ДН АС.