ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ

В настоящее время фазированные антенные решетки рассматриваются как наиболее перспективный тип остронаправленных антенн. Различные вопросы теории и конструирования фазированных антенных решеток освещаются в периодической литературе. Монографий же, целиком посвященных фазированным антенным решеткам, пока только три: книга советского специалиста О. Г. Вендика «Антенны с пемеханическим движением луча», переведенная на русский язык монография «Сканирующие антенные системы СВЧ» (тома 2 и 3) и, наконец, предлагаемая читателю в русском переводе книга американских специалистов Амитея, Галиндо, By «Теория и анализ фазированных антенных решеток».

Предлагаемая читателю книга посвящена главным образом анализу одного класса фазированных решеток — плоских решеток из открытых концов волноводов. Такие решетки являются основным типом сканирующих антенн в радиосистемах, характеризуемых большим уровнем передаваемой мощности. Возможность применения точных и приближенных методов для анализа фазированных решеток из открытых концов волноводов позволяет получить ряд важных результатов, общих для сканирующих решеток любого вида.

При изложении материала авторы в основном используют собственные работы, опубликованные в последние 10 лет.

Достоинством книги Амитея, Галиндо и ВУ является то, что в ней уделено первостепенное внимание эффектам взаимной связи между элементами фазированной антенной решетки. Взаимное влияние излучателей сканирующей решетки приводит к такому неприятному явлению, как «ослепление» решетки под определенными углами. Как известно, это явление связано с пространственными резонансами, возникающими в раскрыве решетки. Авторы книги убедительно показывают, что только строгий электродинамический анализ позволяет обнаружить существование пространственных резонансов. Это подчеркивает необходимость строгой постановки и возможно более точного решения граничных задач для фазированных антенных решеток.

В первых двух главах книги изложена общая теория антенных решеток и выведены интегральные уравнения для плоских

бесконечных решеток из открытых концов волноводов. В гл. 3 рассмотрены аналитические и численные методы решения интегральных уравнений теории фазированных антенных решеток. Особый интерес представляет обсуждение различных способов проверки правильности полученного решения. В последующих главах книги приведены многочисленные расчетные результаты, относящиеся к решеткам из открытых концов плоскопараллельных, прямоугольных и круглых волноводов.

Рассмотрены такие параметры антенной решетки, как коэффициент отражения в тракте элемента, диаграмма направленности элемента в решетке, входное сопротивление элемента, и показана зависимость этих параметров от угла сканирования. Детально анализируется влияние диэлектрических вставок в волноводах и диэлектрических покрытий в раскрыве решетки. Особое внимание уделено явлениям пространственного резонанса в решетке в способам их устранения. В последних главах рассмотрены краевые эффекты в решетках и методы согласования элементов решетки в диапазоне углов сканирования. Приводятся экспериментальные результаты, представляющие большой интерес.

При работе над русским переводом книги были сохранены обозначения, введенные авторами, и исправлены ошибки в формулах.

Книга представляет интерес для широкого круга специалистов прежде всего тем, что в пей приведено много новых результатов. Книга будет полезна студентам и аспирантам радиотехнических специальностей.

А. Ф. ЧАПЛИН

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ

Современная радиолокация, радиосвязь и радиоастрономия предъявляют постоянно возрастающие требования к антеннам больших апертур, которые могли бы осуществлять быстрое сканирование, а также выполнять одновременно другие функции. Такими возможностями обладают решетки из элементов с независимым управлением фазовым распределением, т. е. фазированные антенные решетки (ФАР). Большинство методов, которые до сих пор использовались при расчете ФАР, основывается на классической теории антенных решеток, в которой не учитывается взаимное влияние элементов, на приближенных аналитических методах и экспериментальных результатах. Из практики разработки современных радиолокационных антенных решеток, сканирующих в широком диапазоне углов, вытекает, что взаимное влияние антенных элементов играет весьма существенную роль в определении характеристик антенной решетки. В приближенных аналитических методах эффекты взаимного влияния учитываются в недостаточной мере. Разработка с помощью экспериментальных методов больших ФАР, когда используются многие тысячи антенных элементов, представляет собой слишком трудоемкую и дорогостоящую процедуру. Поэтому необходимо выработать ясные представления о возможных характеристиках антенных решеток и разработать эффективные методы расчета, учитывающие эффекты взаимного влияния.

Цель книги — создание математического аппарата для анализа и расчета широкого класса ФАР, а также изучение их электродинамических характеристик. Авторы надеются, что книга не только поможет понять особенности работы ФАР, но и даст соответствующую технику анализа и синтеза, необходимую при рациональной разработке дорогостоящих антенн.

Особое внимание в книге уделяется анализу однородной плоской антенной решетки из открытых концов расположенных вплотную волноводов. Строго сформулирована и представлена в виде интегрального уравнения граничная задача для таких решеток. Интегральные уравнения могут быть решены численно (а в отдельных случаях и аналитически) с очспь высокой точностью. На основе решения можно рассчитать все существенные

параметры антенной решетки: характеристики отражения и излучения (включая поляризационные характеристики), а также коэффициенты взаимной связи. Полученные соотношения и методы вычислений можно распространить на вибраторные излучатели и другие типы антениых элементов. Но поскольку вибраторные антенные решетки достаточно хорошо изучены, в данной книге они подробно не рассматриваются. Кроме того, вопросы синтеза диаграмм направленности, широко представленные в литературе, также опущены.

Глава 1 знакомит читателя с терминологией и понятиями теории фазированных антенных рещеток. Здесь рассмотрены различные подходы к анализу антеппых решеток, показана зависимость характеристик антенной решетки от взаимного влияния элементов.

В главе 2 с помощью теоремы Флоке сформулирована граничная задача для бесконечной периодической решетки, получены различные интегральные уравнения и вариационные соотношения.

Методы решения этих уравнений описаны в гл. 3. Особое внимание уделяется численным методам, которые могут быть эффективно реализованы на ЭВМ с достаточно большим объемом памяти. Проведено общее обсуждение различных способов обоснования решений и оценка их точности.

В главе 4 получено аналитическое решение для бесконечной ФАР из волноводов с тонкими стенками. Приведены основные расчетные соотношения и некоторые экспериментальные данные для ФАР.

Характеристики плоской антенной решетки из прямоугольных волноводов рассмотрены в гл. 5. Показано существование явно выраженного резонанса поверхностной волны, вызывающей «ослепление» ФАР. Методика, разработанная в гл. 2 и 3, подробно рассматривается применительно к решетке из плоскопараллельных пластин.

В главе 6 исследовано влияние диэлектрического покрытия и вставок на основные характеристики решетки из параллельных пластин. Подробно изучен вопрос об улучшении импедансного согласования и исследовано возникновение резонансов поверхностной волны.

Характеристики бесконечных плоских антенных решеток из круглых волноводов с диэлектрическим покрытием и без него рассмотрены в гл. 7. Метод интегральных уравнений обобщен на случай плоских антенных решеток с косоугольной периодической сеткой расположения элементов.

В главе 8 метод интегральных уравнений распространен на антенные решетки конечных размеров с однородной и неоднородной сетками расположения элементов, а также на определенный класс бесконечных апериодических решеток. Получены дисперсионные

соотношения для периодически модулированных поверхностей. Показана связь условий возникновения резонансов поверхностной волны с дисперсионными соотношениями. Исследовано влияние близости излучателя к краю решетки на его характеристики.

Глава 9 посвящена систематическим методам оптимизации согласования антенной решетки при заданных секторе сканирования и полосе частот. Эти методы являются общими и применимы при любом типе элементов антенной решетки. Рассмотрены также экспериментальные методы определения режима входных параметров элементов ФАР.

В целом книга представляет собой монографию, в основе которой лежат работы, выполненные в лабораториях фирмы «Бэлл телефон». В конце каждой главы имеется список литературы по вопросам, затронутым в главе. Однако этот список, безусловно, не является полным.

Книга предназначена для инженеров, научных работников, аспирантов и студентов, специализирующихся в области антенн и фазированных антенных решеток. Для чтения книги необходимо знание уравнений Максвелла, теории волноводов и основ теории антенн.

Н. АМИТЕЙ

В. ГАЛИНДА

ЧЕН-ПАН ВУ