Лобкова Л. М., Головін В. В., Боромекова М. А., Тищук Ю. Н. Севастопольський національний технічний університет 99053, м. Севастополь, Україна Тел.: (0692) 23 51 52; e-mail: rt. sevgtu@stel.sebastopol.ua


Анотація На підставі розробленого методу теоретичного дослідження гібридно-дзеркальних антен

[1] проведено аналіз розподілу струмів на дзеркалі при використанні в складі опромінювача спіральних випромінювачів довільній геометрії, розташованих на конформной поверхні.

I. Вступ

Застосування як елементів опромінюючої системи гібридно-дзеркальної антени дротяних спіральних структур пов’язано із значними труднощами, так як вони створюють в ближній зоні, на поверхні дзеркала поле, розподіл якого асиметрично і характеризується флуктуаціями і складної фазової структурою. Однак, складна структура поля, створюваного цими випромінювачами на дзеркалі, у разі правильного підбору параметрів опромінюючої системи дозволяє без погіршення характеристик антени істотно спростити як структуру антеною решітки, так і діограмообразующую схему, що є актуальним завданням і вимагає проведення досліджень.

II. Основна частина

При аналізі характеристик поля випромінювання Гза, для скорочення часу на обчислення інтегралів і відповідно, розширення галузі дослідження, можна проводити попередній розрахунок розподілу струму на дзеркалі, використовуючи співвідношення [1], складові магнітного поля, створюваного первинним опромінювачем на поверхні великого дзеркала Hx,Hy,Hz описані в [2], перетворюючи які для

Рис. 1. Побудова антеною решітки Fig. 1. Antenna array’s design principle

Так як випромінювача формують поле обертається поляризації, то аналіз амплітудного розподілу струму на дзеркалі проводився для складових Jx,Jy в ортогональних перетинах (площини XOZ, YOZ).

випадку використання кругової циліндричної спіралі, як елемента опромінюючої системи отримаємо:

Перш за все слід визначити, яке розподіл на дзеркалі є оптимальним для однозеркальная Гза. Для цього скористаємося поданням лінійно поляризованого поля в апертурі дзеркала, описуваного виразом:

де Гд радіус апертури дзеркала, Aj.At коефіцієнти, що визначають рівень поля на краю і в центрі дзеркала.

Поле випромінювання ЗА представимо у вигляді:

Розрахунки показали, що менше бічне випромінювання можливо при рівномірно спадающем від центру до країв розподілі поля. Але для однозеркальная Гза необхідно сформувати провал і в осьовому напрямку, що призведе до незначного росту УБЛ та зменшення ширини ДН. При появі вторинних екстремумів поблизу країв дзеркала форма головної пелюстки ДН ЗА спотворюється.

Згідно описаної в [1], [2] методикою розрахунки проводилися для двоелементною опромінювача в діапазоні геометричних параметрів спіральних випромінювачів і різного їх положення на конформной поверхні 9] і нахилу щодо фокальної осі 9П. Зміни параметрів (кута нахилу витків спіралі р, кількості витків п, радіусу утворюючого циліндра а, а також 9] і 9П) Проводилися як одночасно для двох випромінювачів, так і окремо. При цьому випромінювачі розташовувалися на конформной поверхні, як це показано на рис.1.

Результати розрахунків показали, що домогтися осесиметричного розподілу струму, спадаючого до центру і країв дзеркала без вторинних екстремумів на краях дзеркала можна за умови, що випромінювачі мають:

1) різна кількість витків n (пх / П2 = 3/4, 5/6, 6/5, 8/5);

2) різні кути нахилу витків спіралі Р (Pj / P2 = 11/19…11/23;.,.; 17/19 … 17/23, град);

3) напрям осей спіральних випромінювачів паралельно фокальній осі дзеркала або відхилені від неї на 5 ° … 10 °; при цьому слід враховувати ширину ДН випромінювачів, так як при більшому відхиленні від осі частина енергії буде перетікати за краї дзеркала.

З урахуванням зазначених зауважень отримано розподіл струму, аналогічне показаному на рис.2. Видно, що в обох площинах складові струму незначно відрізняються один від одного, що підтверджує існування поляризації поля випромінювання близькою до кругової, еліптичність якої обумовлена ​​появою кросової складової.

Рис. 2. Розподіл струму на дзеркалі для випромінювачів з параметрами Pj = 14 °, р2 = 21°,

П = 5, еп1 = 170 °, еп2 = 185°

Fig. 2. Current distribution on the reflector surface for radiators with parameters Pj =14°,P2 = 21°, n = 5, enl = 170°, en2 = 185°

I. Висновок

За результатами моделювання струму на дзеркалі проведені розрахунки характеристик поля випромінювання Гза та запропоновано спрощена модель опромінювача, що складається з спіральних випромінювачів, розташованих на конформной поверхні, при якому реалізуються необхідний режим випромінювання Гза.

II. Список літератури

[1] Лобкова Л. М., Головін В. В., Афонін Ф. І. Математична модель поля випромінювання однозеркальная Гза. 12-а міжнародна конференція «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології». (КриМіКо 2002). Севастополь, 10-14 вересня 2002 Матеріали конференції. Севастополь: «Вебер», 2002. 674 с.

[1] Лобкова Л. М, Розвадовський А. Ф., Фунтів Р. С. Спрямовані і поляризаційні властивості малоелементні конформной антеною решітки з зигзагоподібних випромінювачів. 12-а міжнародна конференція «СВЧтехніка та телекомунікаційні технології ». (КриМіКо 2002). Севастополь, 10-14 вересня 2002 Матеріали конференції. Севастополь: «Вебер», 2002. 674 с.

THE ANALYSIS OF A HYBRID-REFLECTOR ANTENNA’S RADIATION FIELD

Lobkova L. М., Golovin V. V.,

Boromekova M. A., Tyschuk U. V.

Sevastopol national technical university 99053, Sevastopol, Ukraine phone: (0692) 23 51 52; e-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract The analysis of a current distribution on a reflector surface is carried out on the basis of a hybrid reflector antenna’s (HRA) theoretical method designed in [1] for the antenna feed in the form of spiral radiators of arbitrary geometry located on a conformal surface.

I.  Introduction

The application of spiral structures as elements of an hybrid reflector antenna feed system is connected with considerable difficulties, because they create on a reflector surface an asymmetrical near field distribution, characterized by fluctuations and complicated phase pattern structure. However, in case of appropriate choice of feed system parameters the complicated structure of a field pattern created by these radiators on a reflector surface allows to simplify essentially both the array antenna structure and beamforming network. This is an actual problem requiring the research.

II.  Main part

To decrease the time necessary for integral calculation in analysis of HRA radiation far field performance, also resulting in broadening of a research field, one can perform the preliminary calculation of current distribution on the reflector surface, using relationships of [1]. The magnetic field components Hx, Hy, Hz in [1 ] created by the primary feeder on a surface of a

major reflector are given in [2]. Then converting these components for a case of a circular helix structure as an element of a feeding system, we will obtain (1)-(3). First of all it is necessary to define, what distribution on a mirror is optimum for onereflecting HRA. For this purpose we will take advantage of a linear-polarized field representation on the aperture of a mirror.

The calculations have shown that radiation with smaller side lobes is possible if the field distribution uniformly falls down from center to edges. But for a one-reflector antenna it is also necessary to form a null along axial direction, resulting in negligible increase of side lobe level and decrease the beam width of far field radiation pattern. After the appearance ofthe secondary extrema near to reflector edges the shape of a far field main lobe is distorted.

According to a method considered in [1], [2] calculations performed for the two-element irradiator in a range of geometrical parameters of spiral radiators and their different positions on a conformal surface, as shown in fig. 1.

Calculated results showed, that it is possible to achieve rotationally symmetric current distribution falling down to both center and edges of a mirror without secondary maxima on mirror edges provided that the radiators have:

1) different amount of coils П;

2)  different angles of inclination of spiral coils P ;

3)  direction of spiral emitter axes is parallel to the focal axis of a mirror or inclined about it within 5°… 10°.

Taking into account considerations pointed out above the current distribution obtained is similar to that shown in fig. 2. One can see, that in both planes current components are slightly differ from each other, that confirms existence of radiation field polarization closed to circular, with eccentricity being dependent upon a cross component.

III.  Conclusion

The calculations of radiation field performances ofthe HRA are carried out on the basis of the results obtained for simulation of current distribution on a reflector surface. And the simplified model of the feeding system consisting of spiral emitters, located on a conformal surface is proposed, resulting in required radiation condition of an HRA.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.