CC BY
570
УДК 621.396
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ДОПУСКОВ НА ПАРАМЕТРЫ ВОЛНОВОДНО-ЩЕЛЕВОЙ АНТЕННЫ
Валерий Борисович Ромодин
ОАО «НИИЭП», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, начальник лаборатории, тел. (383)216-05-48, e-mail: romodin@ngs.ru
Виталий Сергеевич Кулик
ОАО «НИИЭП», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, инженер 2-й категории, тел. (383)216-05-48, e-mail: vkulik@ngs.ru
В статье исследована зависимость уровня боковых лепестков диаграммы направленности волноводно-щелевой антенны от технологических допусков. Проведено статистическое моделирование методом Монте-Карло.
Ключевые слова: волноводно-щелевая антенна, производственные допуски, метод Монте-Карло.
STUDY OF THE INFLUENCE MANUFACTURING TOLERANCES ON THE PARAMETERS OF WAVEGUIDE SLOT ANTENNA
Valery B. Romodin
OJSC «Scientific Research Institute of Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, laboratory chief, tel. (383)216-05-48, e-mail: romodin@ngs.ru
Vitaly S. Kulik
OJSC «Scientific Research Institute of Electronic Devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, engineer, tel. (383)216-05-48, e-mail: vkulik@ngs.ru
In this paper has been investigated the dependence of the sidelobe level of radiation pattern of waveguide slot antenna from the manufacturing tolerances. The statistical simulation by Monte Carlo method has been performed.
Key words: waveguide slot antenna, manufacturing tolerances, Monte Carlo method.
Волноводно-щелевые антенны нашли широкое применение в качестве антенных систем неконтактных датчиков цели радиолокационного принципа действия. Основные преимущества антенн этого типа хорошо известны:
- антенны удобно размещать на боковой поверхности летательных аппаратов в силу присущей им низкопрофильности;
- довольно просто реализовать сложные амплитудные распределения и, как следствие, низкие уровни боковых лепестков.
Вместе с тем, при серийном производстве волноводно-щелевых антенн с низким уровнем боковых лепестков возникают сложности, связанные с необходимостью выдерживать жёсткие допуски на размеры волноводных каналов и расположение щелевых излучателей на волноводе. В случае, когда апертура антенны защищается от пыли, влаги и аэродинамического перегрева диэлектриче-
ской крышкой, разброс размеров и диэлектрических параметров крышки приводит к дополнительным искажениям амплитудно-фазового распределения и, как следствие, росту уровня боковых лепестков. В связи с этим желательно иметь методику определения необходимых допусков на стадии разработки конструкторской документации на антенну.
В работе предложена методика оценки требуемого уровня допусков на геометрические размеры и параметры защитной крышки, обеспечивающего заданные требования к диаграмме направленности антенны. Методика основана на использовании расчётной модели антенны, которая является решением краевой задачи для системы уравнений Максвелла методами моментов [1] и конечных элементов (на основе известных коммерческих программных продуктов).
Для набора статистики параметров антенны применён метод статистических испытаний. В алгоритме задаётся поле допуска для каждого из варьируемых параметров, распределение считается равномерным, с помощью датчика случайных чисел выбираются конкретные значения параметров в поле соответствующего допуска, и производится расчёт параметров антенны - входной КСВН, диаграмма направленности, коэффициент усиления. Набирается статистика параметров для большого количества реализаций (100... 1000 шт.), и производится статистическая обработка полученных результатов.
В качестве примера можно привести результаты статистического анализа линейной волноводно-щелевой решётки Х-диапазона. Антенна выполнена на волноводе шириной 19,4 мм, высотой 4,0 мм, с толщиной верхней стенки 1 мм. Апертура состоит из 16 щелевых излучателей с переменно-фазным возбуждением, на конце волновода установлена поглощающая нагрузка. Антенна укрыта защитной крышкой из стеклотекстолита толщиной 0.5 мм, приклеенной вплотную к щелевой крышке. В качестве варьируемых параметров используются ошибки выполнения размеров волноводного канала, длины, ширины и смещения щелей, толщины защитной крышки и возможного воздушного зазора, разброс диэлектрической проницаемости материала защитной крышки. В документации задан номинальный уровень боковых лепестков -25 дБ.
Статистический анализ проведён для обычного и строгого вариантов производственных допусков. Технологические допуски на производстве имеют следующие значения (обычные допуски):
- Смещения и размеры щелей: 0,03мм;
- Размеры волновода: 0,05мм;
- Воздушный зазор: 0,01мм;
- Толщина крышки: 0,06мм;
- Диэлектрическая проницаемость: 0,2;
- Тангенс угла диэлектрических потерь: 0,005.
Ужесточённые требования на технологические допуски (строгие допуски):
- Смещения и размеры щелей: 0,02мм;
- Размеры волновода: 0,02мм;
- Воздушный зазор: 0,005мм;
- Толщина крышки: 0,03мм;
- Диэлектрическая проницаемость: 0,2;
- Тангенс угла диэлектрических потерь: 0,005.
Кроме того проведён анализ влияния неравномерной толщины защитной крышки.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Рис. 1. Обычные допуски. Неровная крышка
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Рис. 2. Обычные допуски. Ровная крышка
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Рис. 3. Строгие допуски. Неровная крышка
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Рис. 4. Строгие допуски. Ровная крышка
По результатам анализа составлена таблица с зависимостями параметров антенной решётки от производственных допусков и вида защитной крышки. Вычислен процент антенн, имеющих уровень боковых лепестков с правой стороны от главного максимума ниже -25 дБ.
Таблица 1
Параметры антенны при различных допусках
КСВН, КУ Положение УБЛ, МО, Выход годных
макс МО, а, мин ГМ макс по УБЛ, %
Обычные допуски. 1,18 17,2 ±1,21, 112,5 ±0,14 -27,5, 95,2
Ровная крышка. 13,8 -22,2
Обычные допуски. 1,22 17,0 ±0,60, 112,5 ±0,16 -22 9 18,1
Неровная крышка. 15,5 -16,3
Строгие допуски. 1,17 17,4 ±0,75, 112,5 ±0,07 -28,0, 98,1
Ровная крышка. 15,1 -24,2
Строгие допуски. 1,17 17,3 ±0,54, 112,5 ±0,08 -26,0, 66,7
Неровная крышка. 15,9 -19,9
Для повышения процента выхода удовлетворяющих заданным параметрам антенн следует тщательно контролировать равномерность толщины защитного покрытия. С одним только этим условием можно довести процент выхода годных антенн с 18% до 95%. Дополнительно ужесточив технологические допуски, эту цифру можно довести до 98%. Для дальнейшего увеличения процента выхода годных приборов следует уменьшать допуски на материал защитной крышки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ромодин В.Б. Матрица рассеяния волноводно-щелевой антенны // Системы и средства передачи информации / Сборник научных трудов учебных институтов связи. - Л.:1985. С.49-54.
© В. Б. Ромодин, В. С. Кулик, 2015
