книги / 240

УДК 621.396

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДОПУСКОВ НА ПАРАМЕТРЫ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ

Валерий Борисович Ромодин

ОАО «НИИЭП», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, начальник лаборатории,

тел. (383)216-05-48, e-mail: romodin@ngs.ru

Виталий Сергеевич Кулик

ОАО «НИИЭП», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, инженер 2-й категории,

тел. (383)216-05-48, e-mail: vkulik@ngs.ru

В статье исследована зависимость уровня боковых лепестков диаграммы направленности волноводно-щелевой антенны от технологических допусков. Проведено статистическое моделирование методом Монте-Карло.

Ключевые слова: волноводно-щелевая антенна, производственные допуски, метод Монте-Карло.

STUDY OF THE INFLUENCE MANUFACTURING TOLERANCES

ON THE PARAMETERS OF WAVEGUIDE SLOT ANTENNA

Valery B. Romodin

OJSC «Scientific Research Institute of Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, laboratory chief, tel. (383)216-05-48, e-mail: romodin@ngs.ru

Vitaly S. Kulik

OJSC «Scientific Research Institute of Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, engineer, tel. (383)216-05-48, e-mail: vkulik@ngs.ru

In this paper has been investigated the dependence of the sidelobe level of radiation pattern of waveguide slot antenna from the manufacturing tolerances. The statistical simulation by Monte Carlo method has been performed.

Key words: waveguide slot antenna, manufacturing tolerances, Monte Carlo method.

Волноводно-щелевые антенны нашли широкое применение в качестве антенных систем неконтактных датчиков цели радиолокационного принципа действия. Основные преимущества антенн этого типа хорошо известны:

–антенны удобно размещать на боковой поверхности летательных аппаратов в силу присущей им низкопрофильности;

–довольно просто реализовать сложные амплитудные распределения и, как следствие, низкие уровни боковых лепестков.

Вместе с тем, при серийном производстве волноводно-щелевых антенн с низким уровнем боковых лепестков возникают сложности, связанные с необходимостью выдерживать жѐсткие допуски на размеры волноводных каналов и расположение щелевых излучателей на волноводе. В случае, когда апертура антенны защищается от пыли, влаги и аэродинамического перегрева диэлектриче-

210

ской крышкой, разброс размеров и диэлектрических параметров крышки приводит к дополнительным искажениям амплитудно-фазового распределения и, как следствие, росту уровня боковых лепестков. В связи с этим желательно иметь методику определения необходимых допусков на стадии разработки конструкторской документации на антенну.

Вработе предложена методика оценки требуемого уровня допусков на геометрические размеры и параметры защитной крышки, обеспечивающего заданные требования к диаграмме направленности антенны. Методика основана на использовании расчѐтной модели антенны, которая является решением краевой задачи для системы уравнений Максвелла методами моментов [1] и конечных элементов (на основе известных коммерческих программных продуктов).

Для набора статистики параметров антенны применѐн метод статистических испытаний. В алгоритме задаѐтся поле допуска для каждого из варьируемых параметров, распределение считается равномерным, с помощью датчика случайных чисел выбираются конкретные значения параметров в поле соответствующего допуска, и производится расчѐт параметров антенны – входной КСВН, диаграмма направленности, коэффициент усиления. Набирается статистика параметров для большого количества реализаций (100…1000 шт.), и производится статистическая обработка полученных результатов.

Вкачестве примера можно привести результаты статистического анализа линейной волноводно-щелевой решѐтки Х-диапазона. Антенна выполнена на волноводе шириной 19,4 мм, высотой 4,0 мм, с толщиной верхней стенки 1 мм. Апертура состоит из 16 щелевых излучателей с переменно-фазным возбуждением, на конце волновода установлена поглощающая нагрузка. Антенна укрыта защитной крышкой из стеклотекстолита толщиной 0.5 мм, приклеенной вплотную к щелевой крышке. В качестве варьируемых параметров используются ошибки выполнения размеров волноводного канала, длины, ширины и смещения щелей, толщины защитной крышки и возможного воздушного зазора, разброс диэлектрической проницаемости материала защитной крышки. В документации задан номинальный уровень боковых лепестков -25 дБ.

Статистический анализ проведѐн для обычного и строгого вариантов производственных допусков. Технологические допуски на производстве имеют следующие значения (обычные допуски):

‒ Смещения и размеры щелей: 0,03мм; ‒ Размеры волновода: 0,05мм; ‒ Воздушный зазор: 0,01мм; ‒ Толщина крышки: 0,06мм;

‒ Диэлектрическая проницаемость: 0,2; ‒ Тангенс угла диэлектрических потерь: 0,005.

Ужесточѐнные требования на технологические допуски (строгие допуски): ‒ Смещения и размеры щелей: 0,02мм; ‒ Размеры волновода: 0,02мм; ‒ Воздушный зазор: 0,005мм; ‒ Толщина крышки: 0,03мм;

211

‒Диэлектрическая проницаемость: 0,2;

‒Тангенс угла диэлектрических потерь: 0,005.

Кроме того проведѐн анализ влияния неравномерной толщины защитной крышки.

Рис. 1. Обычные допуски. Неровная крышка

Рис. 2. Обычные допуски. Ровная крышка

Рис. 3. Строгие допуски. Неровная крышка

212