1. Введение

Нелинейные радары, используемые для обнаружения скрытых радиоустройств, незаконно собирающих информацию, чаще всего оснащены зеркальными антеннами с трехчастотными возбудителями. Зондирующий сигнал передается полем с круговой поляризацией на самой низкой частоте f1, в то время как сигналы на частотах второй и третьей гармоник принимаются через линейные поляризации. Разработать такие возбудители довольно сложно, поэтому исследования в этой области разумны.

В этом отчете анализируется выполнимость трехчастотного питания на основе модифицированной плоской самодополняющей структуры со ступенчатым экраном.

2. Рассматриваемый объект и методология его исследования

Плоские самодополняющие структуры хорошо известны, и они сохраняют свою форму, когда металлические полосы заменяются вакуумом, и наоборот [1], поэтому они могут работать как полосовые антенны с коэффициентом перекрытия частот 1:3 и выше. Однако, во–первых, их импеданс близок к 180 Ом, что затрудняет его согласование с 50–омным кабелем, а во–вторых, они имеют квазиизотропные структуры.

Чтобы улучшить условия согласования, углы между металлическими секторами следует уменьшить [2] при выполнении угловых вырезов и соединительных кромок секторов с помощью узких перемычек [3] чтобы сохранить широкополосность. Круговая поляризация излучения на одной частоте может быть достигнута в трехсекторных структурах, имеющих питающие цепи на основе микрополосковых линий (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Расположение излучающей структуры;

Плоская структура 1, состоящая из трех секторов (см. Фиг. 1), реализована на нижней (относительно направления излучения) поверхности диэлектрической основы (не показана на чертеже). Верхняя поверхность основания включает начальный сегмент микрополосковой линии (MSL) 2, открытый 3 и короткозамкнутый 4 сегмента MSL.

Поскольку сегменты 3 и 4 имеют реактивные сопротивления на частоте f1, они могут быть заменены на эквивалентной схеме емкостью C и индуктивностью L соответственно (рис. 2).

Рисунок 2 – Эквивалентная схема цепи питания;

Однонаправленное излучение может быть достигнуто с помощью плоского металлического экрана достаточно большого диаметра, который устанавливается на расстоянии h1, близком к четверти длины волны в свободном пространстве. Однако на частотах f2 и f3 влияние экрана может привести к несовпадению питания и питающего кабеля. Чтобы можно было независимо регулировать импеданс на этих частотах, мы можем попытаться использовать ступенчатый экран с расстояниями h2, h3, близкими к одной четверти длины волны на их частотах (рис. 3).

Рисунок 2 – Схема подачи с плоским (а) и ступенчатым экраном (б);

Чтобы обеспечить обоснованность вышеуказанных соображений, численное моделирование антенны было выполнено в CAD–системе CST Microwave Studio (MWS). Начальные значения расчетного радиуса конструкции и расстояния до экрана были близки к четверти длины волны для самой низкой частоты f1, равной 2400 МГц. Изменяя основные размеры модели, можно было добиться согласования входных сигналов при коэффициенте стоячей волны менее 2,0 в относительных полосах частот (вокруг каждой расчетной частоты) не менее 3% при эллиптичности излучения на частоте 2400 МГц менее 0,7, а углы апертуры на уровне –10 дБ модели на частотах 2400 МГц, 4800 МГц и 7200 МГц составляют 66 °, 46 ° и 52 ° соответственно. Уровень бокового излучения на всех частотах не превышал –9 дБ.

3. Заключение

На основе результатов численного моделирования в системе CST MWS было показано, что возможна трехчастотная подача для нелинейной радиолокационной антенны на основе плоской самодополняющей структуры и ступенчатого металлического экрана.

Список источников

1. A. Fradin Antenna–feeder devices (Svyaz, Moscow, 1977)

2. B. Mishoostin, V. Slyozkin, Conference EuCAP–2012, pp. 3848–3851 (2012)

3. B. Mishoostin, V. Slyozkin, Conference Cri–MiCo–2016, 5, pp. 965–970 (2016)