6. Влияние диэлектриков на свойства антенных решеток
1. ВВЕДЕНИЕ
Для защиты от внешних воздействий аптенные устройства часто помещают в оболочки, которые обычно конструируются так, чтобы их влияние на антенну было минимальным. Иногда защитные оболочки располагаются в дальней зоне антенны, и их влияние в этих случаях можно приближенно оценивать на основе теории длинных линий. Для плоских антенных решеток из волноводных элементов защитными оболочками могут служить диэлектрические покрытия или диэлектрические вставки, помещаемые внутри волноводов в области раскрыва. В этих случаях диэлектрики оказывают существенное влияние на распределение полей в раскрыве. Поэтому защитную оболочку необходимо рассматривать как неотъемлемую часть антенной решетки.
В данной главе рассмотрено влияние диэлектриков на электрические параметры антенных решеток. Главное внимание уделено волноводным решеткам из параллельных пластин, так как конструкции этих решеток просты и возможно их аналитическое исследование. Рассмотрено также влияние диэлектриков и в решетках из прямоугольных волноводов. Значительное число закономерностей, найденных в данной главе, мошпо экстраполировать по крайней мере качественно, на случаи ФАР из бодее сложных элементов. Изучены решетки с различной геометрической структурой, включая решетки с диэлектрическим покрытием, решетки с полным и частичным заполнением волноводов диэлектриком, а также решетки с различными комбинациями диэлектрических деталей.
Подробно исследованы два основных аспекта проблемы: согласование антенной решетки и вынуяеденные резонансы поверхностной волны. Так как использование диэлектриков приводит к появлению дополнительных параметров в задаче, то оказывается возможным за счет соответствующего подбора параметров значительно улучшить согласование антенной решетки в широком диапазоне углов сканирования. Возникновение вынужденных резонансов обусловлено возможностью существования внутри диэлектрического слоя волн, подобных поверхностным волнам. Эти резонансы, как показано в гл. 5 на примере решеток из прямоугольных волноводов, могут наблюдаться в плоских антенных
решетках без диэлектриков. Более подробно этот вопрос освещен в гл. 7 (для решеток из круглых волноводов) и в гл. 8. Вынужденные резонансы поверхностной иолпы проявляются в виде полного отражения падающей энергии (при этом передача энергии становится невозможной). В общем случае условия возникновения резонанса не удается определить с достаточной точностью без решения интегральных уравнений в той или иной форме. В отдельных случаях, однако, хорошее приближение для условий резонанса можно получить, исходя из геометрии системы и известного решения соответствующей граничной электродинамической задачи [14, 16].
Хорошо известно, что граничную задачу о фазированной решетке можно рассматривать как обобщение электродинамической задачи о неоднородности в волноводе. Рассматриваемый с этой точки зрения раскрыв антенной решетки можно описать, как многополюсник, причем каждому типу волньг, возбуждаемому в системе, соответствует отдельный вход этого многополюсника. Нередко в схеме замощения бывает достаточно рассмотреть только распространяющиеся типы волн. Вынужденный резонанс поверхностной волны наблюдается обычно в тех случаях, когда в волноводах распространяется единственный тип волны 
и решетка излучает один луч (эти условия являются обычно рабочими условиями антенной решетки; возникновение полного отражения в нормальной рабочей области углов сканирования имеет особое значение).
В волноводных решетках из параллельных пластин резонанс наблюдается только при наличии в области, раскрыва диэлектрического покрытия или диэлектрических вставок и в тех случаях, когда существует хотя бы один тип волны, распространяющийся внутри диэлектрика и исчезающий за его пределами. Такой тип иолпы можно представить в виде короткозамкнутого входа в схеме замещения, причем положение короткозамыкателя зависит от толщины диэлектрика. Схему замещения для определения условий вынужденного резонанса поверхностной волны, таким образом, можно представить шестиполюсником (или многополюсником с большим числом входов), в котором один или несколько входов закорочены, из теории цепей известно, что, изменяя положения короткозамыкателей, в такой схеме можно добиться отсутствия передачи энергии между двумя оставшимися входами. Таким путем можно объяснить возникновение вынужденных поверхностных волн. В работе [15] дано объяснение явления вынужденного резонанса поверхностных волн с помощью вытекающих волн.
Так как при вынужденном резонансе поверхностных волн модуль коэффициента отражения равен 1, то решение задачи ФАР в условиях такого резонанса сводится к решению задачи о распространении поверхностной волны в ребристой структуре [2, 17].
Вопрос о распространении волн в ребристых структурах при наличии и отсутствии диэлектриков уже рассматривался в гл. 5, более подробно он освещен в гл. 8. Распространение поверхностной волны характеризуется некоторыми особыми свойствами. Например, для описания поверхностной волны не надо учитывать все пространственные гармоники, т. е. некоторые из гармоник имеют нулевые амплитуды. Волна может быть как прямой, так и обратной.
