Говоря об эффективности различных способов обеспечения широкополосности и широкоугольности приемной антенной системы (АС), необходимо отметить то обстоятельство, что обычно в антенной решетке (АР) бывает довольно сложно совместить эти два свойства.

Цель работы — предложить вариант построения приемной АР, обеспечивающей широкую полосу рабочих частот и широкий сектор рабочих углов одновременно. Разработать математическую модель предложенной АР. На основе разработанной математической модели провести серию численных экспериментов для выявления основных присущих АР свойств.

Рассматриваемая АР представляет собой многослойную периодическую ленточную структуру, расположенную в среде с плоскослоистым диэлектрическим заполнением над металлическим экраном (рис. 1).

В разрывы металлических лент АР могут быть непосредственно включены активные элементы, например, оптоэлектронные преобразователи, являющиеся первым звеном входного устройства приемного модуля АС. В данной работе конкретная реализация активных элементов не рассматривается и АР считается нагруженной на сосредоточенные сопротивления, являющиеся входными сопротивлениями этих элементов.

Математическая модель многослойной антенной решетки. Анализ характеристик многослойной АР в данной работе сводится к решению внешней граничной задачи электродинамики. В процессе решения от граничной задачи переходят к интегральному уравнению относительно тока на металлических элементах конструкции, которое затем, после представления тока в определенном базисе, сводится к системе линейных алгебраических уравнений относительно амплитуд базисных функций тока. Антенная решетка является периодической с периодами Т_x и Т_y по осям X и Y соответственно. Она возбуждается плоской однородной волной, распространяющейся в отрицательном направлении оси Z. Направление распространения волны определяется углами θ и φ сферической системы координат, соответствующей исходной декартовой. В общем случае стороннее поле может не принадлежать ни к классу Е-волн, ни к классу Н-волн. Однако, его всегда можно разложить на Е и Н-составляющие и решить задачу отдельно для каждого типа возбуждения. Поэтому будем считать, что структура возбуждается либо Е, либо Н-волной, и в процессе сканирования поляризация стороннего поля остается неизменной. Ориентация плоскости сканирования определяется азимутальным углом φ₀, угол сканирования в этой плоскости есть угол θ₀.

Рис.1

Следующие выражения связывают параметры возбуждения с углами, характеризующими направление распространения соответствующих волн.

Выражения (1) и (2) описывают поле падающей волны в свободном пространстве. Для учета плоскослоистого диэлектрического заполнения воспользуемся (для описания совокупности слоев диэлектрика в пространственном волноводе) моделью нерегулярной длиной линии. Неоднородная линия, о которой идет речь, составлена из нескольких однородных участков, волновые сопротивления которых равны характеристическим сопротивлениям гармоник Флоке в соответствующих диэлектрических слоях. Рассмотрим диэлектрическое покрытие, состоящее из N+1 слоев с известными диэлектрическими проницаемостями ε_i. N+1-й слой — это свободное пространство, в котором задано стороннее поле в виде плоской однородной волны, падающей на структуру. При наличии плоскослоистого диэлектрического заполнения связь стороннего поля в слое с номером М со сторонним полем в свободном пространстве определяется следующим выражением:

где — стороннее поле в свободном пространстве; — элемент матрицы передачи, описывающей слои с номерами, большими М; R — коэффициент отражения от слоя с номером М-1; z' — координата, отсчитываемая от стыка М+1 и М-го слоев.