3479

Глубины пазов выбираются близкими (10 30) % к четверти длины волны основной пазовой моды (1-го и 0-го порядков для E- и H-поляризации соответственно).

Предположим, что при наличии на периоде гребенки нескольких (минимум двух) разноразмерных пазов (широких и узких с разными глубинами) дифракционная структура на определенной частоте может эффективно возбуждаться как Н-, так и E-волной. В связи с тем, что замедление поверхностных волн металлодиэлектрической гребенкой в обоих случаях будет различным, следует ожидать разных направлений прихода волн ортогональных типов поляризации, соответствующих максимальной мощности рассеянного

(рис. 3.6); зависимость такого рода позволяет определить резонансное значение

величина h 2 выбирается в окрестности h2рез и должна обеспечивать максимальное

(рис. 3.7); величина глубины узкого паза выбирается в окрестности резонансной,

аналогичное случаю E-поляризации: h1 = 0.18 L .

Расчетные УЧХ преобразования объемных волн E- и H-поляризации в (-1)-ю ПГ исследуемой структурой приведены на рис. 3.8, 3.9 соответственно. Анализ представленных УЧХ показывает, что в окрестности частотного параметра 0.85 основные характеристики преобразования волн ортогональных типов поляризации близки друг другу.

Так, при 0.837 исследуемая структура обеспечивает:

совпадение угловых секторов максимального приема ( 1 ) E0.7 и ( 1 ) 0H.7

(рис. 3.10 а): ( 1 ) E0.7 ( 1 )0H.7 4 ;

углы максимального приема ( 1 )0E.7 2.6и ( 1 )0H.7 3.2отличаются лишь на величину 0.6(рис. 3.10 а), что составляет около 15 % от ширины ДН

( ( 1 ) 0E.7,H );

близость фазовых скоростей (-1)-й ПГ для случаев E- и H-поляризаций

(рис. 3.10 б);

Таким образом, определены параметры структуры, при которых удается обеспечить на фиксированной частоте преобразование объемных волн ортогональных типов поляризации с приблизительно равной эффективностью.

Возможность создания плоских дифракционных антенн с управляемой поляризационной чувствительностью на основе двухпазовых гребенок со слоем диэлектрика подтверждается экспериментальным путем. Исследуемая структура изображена на рис. 3.11. Ее гребенка, изготовленная из луженой жести толщиной 0.3 мм, имеет 18 периодов. Значение прицельного расстояния

выбрано равным 2, 5, 7.5 и 10 мм. Узкие пазы гребенки глубиной 4.5 мм, соответствующей четвертьволновому «глубинному» резонансу, и шириной 5

а) б)

Рис. 3.13. Частотные зависимости КСВН для Е- и Н-поляризованных волн

При создании ПАДТ с электронно-управляемой ориентацией плоскости поляризации необходимо учитывать, что наиболее благоприятным значением электрической толщины ПДВ является соответствующая области насыщения (при максимально переносимой энергии поля внутри ПДВ). Далее, очевидно, что при использовании исследуемой структуры в качестве антенны необходимо в качестве рабочего выбрать диапазон частот, в котором для обеих поляризаций поверхностных волн уровень КСВН 2 при примерно одинаковых значениях ослабления, соответствующих оптимальной (по критерию максимального

дифракционной антенны для Е- и Н-поляризации, рассчитанные на основании экспериментально измеренных значений ослабления и КСВН. Как видно, в полосе частот (9.6 10) ГГц при прицельных расстояниях 7.5 и 10 мм полный КПД превышает 75 % как для Е-, так и для Н-поляризованных волн.

Экспериментальную проверку эффективности дифракционной антенны, излучающей (или принимающей) волны горизонтальной и вертикальной поляризации, осуществляется с помощью устройства, изображенного на рис.

3.15.Его основой является дифракционная структура, показанная на рис. 3.11.

Входе экспериментальных исследований установлено, что главный

лепесток ДН антенны в полосе частот (9.6 10) ГГц имеет ширину по уровню половинной мощности в пределах 30 в вертикальной плоскости и около 300 в горизонтальной плоскостях. Уровень боковых лепестков составляет -13 дБ. Направления максимального излучения (приема) волн ортогональных поляризаций расходятся на угол в (3 4)0, обусловленный разницей значений коэффициентов замедления Е- и Н-поверхностных волн. Данный недостаток можно существенно ослабить, используя диэлектрический волновод квадратной или круглой формы поперечного сечения. Уровень КСВН в рабочей полосе частот антенны (9.6 10) ГГц не превышает 1.7. Для электронного управления поляризационной чувствительностью перед рупором используется стандартный фарадеевский поляризатор ФПП-4.

а) б) Рис. 3.14. Частотные зависимости полного КПД ПАДТ

для Е- и Н- поляризованных волн

Диэлектрический волновод

12.5

7.5

Двухпазовая гребенка

Рис. 3.15. Конструкция антенны с управляемой поляризацией на основе одномерно-периодичной двухпазовой гребенки с диэлектрическим слоем

Экспериментальные исследования подтверждают выводы о возможности построения плоских дифракционных антенн с электрическим управлением поляризационными характеристиками на основе одномернопериодических многопазовых гребенок со слоем диэлектрика. Пути автоматизированного проектирования плоских антенн, использующих ВЭ, подобные изображенному на рис. 3.15, описаны в главе 4.

На рис. 3.16, а в координатах ( , ) , где - частотный параметр структуры,

приведены линии равного уровня типичной УЧХ преобразования объемной волны в поверхностную (-1)-го порядка для однопазовой металлической гребенки, накрытой диэлектриком. В расчетах принимались следующие модельные параметры ПАДТ: t = 2.5, h =1, t = 0.25 L , c = 0.3 L , N = 2, a i = 0.5 L , h1 = 0.1 L ,

h 2 = 0.

Ярко выраженный «хребет» УЧХ располагается наклонно по отношению к осям координат. Однородная морфология структуры «хребта» сохраняется во всем исследованном диапазоне , исключая зону 0.88 вокруг четвертьволнового глубинного резонанса паза. Область углов прихода волны, в пределах которой на

представлена на рис. 3.16, б. Угловой сектор качания диаграммы направленности

остается близкой к линейной. Следовательно, в указанном диапазоне такая структура может использоваться как устройство с частотным сканированием. Поскольку наибольшие значения имеют место в частотных областях с максимальной крутизной дисперсионных характеристик ПДВ, с целью

При разработке ПАДТ, ориентированных на фиксированное направление прихода дифрагирующей волны, существует проблема стабилизации угла максимального приема 1 max в пределах заданной полосы частот, что возможно

при наличии в УЧХ областей с ослабленной или аномальной дисперсией поверхностной волны. Изменение характера дисперсии наблюдается вблизи

всегда удовлетворяет предъявляемым к проектируемым ПАДТ требованиям по широкополосности. Известно, что увеличение степени связи ПДВ с периодической структурой (уменьшение параметра c ) приводит к снижению добротности пазовых мод в режиме четвертьволнового глубинного резонанса и, как следствие, к «уширению» характерного «хребта» УЧХ ПАДТ. Кроме того, с уменьшением

пределах заданной полосы частот изменяется медленнее. Поэтому для структур с

проявления четвертьволнового глубинного резонанса сместилась в область более низких частот, что связано с уменьшением резонансной глубины пазов. Снижение угло-частотной чувствительности наблюдается (рис. 3.17, б) уже в более широком диапазоне: = 0.83 0.92 (например, 10 % относительно 0 = 0.875;

=0.35% ). При фиксированном направлении прихода волны, соответствующем

=5 , преобразование последней в (-1)-ю ПГ осуществляется со стабильной (хотя и

плавный, а затем в более крутой (практически линейный) рост. За резонансной зоной ( > 0.93) фазовая скорость вновь уменьшается, и угловая чувствительность преобразования волн «объемные поверхностные» усиливается.

Рис. 3.16. Дисперсионные характеристики однопазовой металлической гребенки, накрытой слоем диэлектрика