5. ПРИМЕРЫ

Решения, полученные выше, являются точными и применимыми в тех случаях, когда стенки волноводов имеют бесконечно малую толщину. С помощью этих решений можно производить расчеты для волноводов различных размеров с высокой степенью точности. В этом разделе приведены результаты расчета для двух рассмотренных режимов сканирования.

Расчетные значения коэффициента отражения для режима сканирования в квази-E-плоскости показаны на рис. 4.4. Напомним, что при сканировании в квази-E-плоскости стенки волноводов, параллельные падающему электрическому полю параллельные плоскости не оказывают влияния на распределение поля и могут быть удалены из системы Если то каждый ряд элементов находится в одних и тех же условиях. Поэтому каждому ряду элементов соответствует одно и то же распределение поля. Так как падающее электрическое поле в каждом элементе перпендикулярно плоскостям где ±1, ±3, ±5, то вторичное электрическое поле также должно быть перпендикулярно этим плоскостям. Таким образом, не нарушая структуру полей, можно продолжить стенки волноводов, параллельные плоскости во внешнюю область до бесконечности. При этом обнаруживается, что в области раскрыва неоднородности отсутствуют, и волноводная решетка оказывается полностью согласованной. Коэффициент отражения при излучении по нормали равен нулю, что также видно из рис. 4.4.

При расчете размеры волноводов выбирались таким образом, чтобы излучение во внешней области отсутствовало при значениях управляющей фазы, превышающих Поэтому коэффициент отражения равен по модулю 1, если значения управляющей фазы находятся в пределах

При этом условии вся падающая мощность полностью отражается от раскрыва. Фаза коэффициента отражения в этой области изменяется довольно быстро.

При полном отражении от раскрыва низший тип волн образует стоячую волну внутри волноводов. На больших расстояниях от раскрыва нераспространяющиеся волны, возбуждаемые в области раскрыва, сильно затухают, а тангенциальпая составляющая электрического поля обращается в нудь в некоторых периодически повторяющихся сечениях. Без нарушения распределения полей в этих случаях можно расположить металлические перегородки. При этом волноводную решетку можно рассматривать как ребристую структуру, полностью изолированную от области

источников возбуждения. Решение задачи о волноводной решетке при данных условиях можно рассматривать как решение задачи распространения волн без возбуждающих источников для соответствующей ребристой структуры. Так как в рассматриваемом случае не происходит излучения энергии в свободное пространство, то вся энергия сосредоточена вблизи поверхности ребристой структуры.

Рис. 4.4. (см. скан) Коэффициенты отражения при сканирования в квази-Е-плоскости.

Следовательно, решение задачи в данном случае можно рассматривать как поверхностную волну, распространяющуюся вдоль ребристой структуры [3]. Расчеты на основе теоремы Пойнтинга показывают, что направление потока энергии совпадает с направлением изменения фазы. Таким образом, поверхностная волна является прямой волной и, кроме того, замедленной, так как наклон изменения фазы превышает волновое число для свободного пространства. Условия возникновения такой волны являются следствием геометрии волноводной решетки.

Возможны однако, случая, когда явление полного отражения не может быть достоверно предсказано без фактического решения граничной задачи. Поверхностная волна, направляемая модифицированной структурой, обладает рядом интересных и необычных характеристик, специфичных для ФАР. Эти вопросы рассмотрены более подробно в последующих главах.

На рис. 4.5 и 4.6 приведены результаты расчета коэффициентов отражения и передачи при сканировании в -плоскости. Так как в этом случае расстояние между элементами то дифракционный лепесток возникает при условии Величина коэффициента отражения уменьшается; если сканирование происходит вдали от нормали. В области существования двух главных лепестков наблюдается сильное уменьшение модуля коэффициента отражения при возрастании управляющей фазы. Из этого следует, что при наличии двух главных лепестков улучшается согласование импеданса в раскрыве с волновым сопротивлением волновода. Случай — 180° аналогичен случаю для сканирования в квази--плоскости; при этом волноводная решетка полностью согласована и вся падающая мощность излучается в свободное пространство. Два главных лепестка симметрично расположены по отношению к нормали, и в каждый из этих лепестков ответвляется половина падающей мощности (см. рис. 4.6.).

При изменении управляющих фаз имеются критические состояния, соответствующие моментам появления или исчезновения основного лепестка или дифракционного лепестка. При сканировании в квази--плоскости имеются два луча, симметрично расположенные относительно плоскости При положение этих лучей определяется углами

При увеличении эти лучи отклоняются от нормали в плоскостях, параллельных плоскости до тех пор, пока не будет достигнуто критическое значение управляющей фазы крит при котором лучи пропадают. При сканировании в -плоскости условие соответствует возникновению дифракционного луча. Этот луч параллелен рас-крыву волноводной решетки, если управляющая фаза точно равна критическому значению управляющей фазы крит.

Появление или исчезновение лучей сопровождается резким изменением наклона зависимостей коэффициентов отражения и передачи от углов сканирования. Действительно, первая производная от коэффициентов отражения имеет особенность в точках, соответствующих критическим углам. Ниже показано, что порядок этой особенности определяет асимптотическое поведение коэффициентов взаимной связи при больших расстояниях между элементами.

(кликните для просмотра скана)