P2 (Исследование параметров СВЧ-устройств), страница 7

Любая антенна имеет поле основной (рабочей) и поле паразитной поляризаций. Введем векторы основной ~~ (М,„г') и паразитной р„ (М )) поляризациЯ. Зти вектора взаимно ортогональны, т.е. ('4 (М,Я,Рд (ЛУ,У)) =О. (22.9) Тзк как в дзяьней зоне поле всегда чисто поперечно, та поляризационную ДН антенны воино представить з виде разлокенил по базису основной и паразитной поляризациЯ: /~~. ('М,Ю Р(~ и=~ О~у~е./ц4 й- Тле ' Гм, ),ы.!0) В разлокении (22.10) через ск'-(МГ) ( ''> ~У обозначена величина .и .~-.~. -- ~ -в -, ° р- Ф~:~ТДЖХ / величина паразитной поляризеции, ф.

~М,,Г') обозначает фазовый сдвиг составлякв(ей параэитной поляризации относительно составляющей основной поляризации полн. Подставляя (22.101 з (22,8), получаем ллЮ=М~(МлМ ~г~М( 1)(~от™г У). ~юг(М~.-))) П:~";7ц,Д ~, ~м„у)е ' ~'~;, р~„,,'>,е„~и, ~ )) э(),(Мг,Р ) у'г ('М,У) +.~,(Мл,~) у-*ля~И,,а я ' Я,(Мх,.)).с, (М„,)))+ ф(м, у)+ Ф» бто с)) +Г-,(юя б-ц7~„~~Р ' (~„,(м,,я,ц ~м„уп(22.п) В вырвиении (22.П) первое слагаемое в правой части определяет вклад в поляриэационный коэффициент передачи по основной поляризации обеих антенн, второе и третье слагаемые - по основной поляризации одной антенны и паразитной поляризации другой, и четвертое слагаемое — вклад по паразитной поляризации обеих антенн.

Рассмотрим некоторые частные случаи. -,Р 1. Поляризация обеих антенн на частоте „Ф линейная и векторы сз ( г,/1 и лтл(гт;,~) обРазУют мекдУ собой Угол У (Рис. 22.3). В данном случае Я~~= $~, 0~~ =Хр,, о~ =/, Р~в =5(п~Х ЫЮу рр~, (22.12) ~ля с~~ у/ ли~ уй~~ ~о~ р где К~ь„р',, - единичные орты системы координат 0Х,У,.

х, Рис. 22.3 Подставляя эти значения в формулу (22.П), находим Ж('Г')= ЮЮ~ /,Рб(/) ~ =Сжб у (22.13) В двух еще более частных случаях: т =О (совпадающая линейная поляризация обеих антенн по направлению друг к другу) получаем г (гб (р')) = У, т.е, поляризационный коэффициент передачи максима- Г лен, а при = — (взаимно ортогональная линейная поляризация) по- Ф г лучаем )М(у)( =О, т.е. поляризационный коэффициент передачи минимален. 2. Поляризация антенны ,4, линейная, произвольно ориентированная, а антенны Ж вЂ” круговая (рис. 22.4).

Для этого случая 39 Е - — ('Д.„- ~'У„); Р "— ('х„ж 'у„), с =/. (22.14) Во второй строке (22.14) верхние знаки "+" и "-" относятся к правополяриэованному поли, а нижние — к левополяризованному. Подставляя соотношения (22.14) в Формулу (22.10), получаем Я,/ ,ж(,/) = — Гсоь~г к 'ипу" Р, 1 лг9)) = у ° (22.15) З Следовательно, величина (,е.'(Я ( не зависит в данном случае от ориентации (угла ~ ) линейной поляризации антенны А~ и в два ра- Я за меньше, чеы максимальное значение / е'(у')( в случае 1.

Ч Ч -Ц / / х, > к,-к, у О 3. Обе антенны имешт круговуш поляризацив с одинаковым направлением вращения в режиме передачи (рис. 22.5). В этом случае аналогично ыално показать ( 1), что ж®=Е'(г (мЮ( =/. (22.16) Следовательно, поляризационный коэфрициент передачи в данном случае максимален. У~ Ч -Ч Г / ! х, Х, Х, / Рис.

22.5 4. Обе антенны имевт круговув поляризацию с разным направлением вращения. Тогда ~ Ю=О ( ЕГУ,)(кО, (22.17) т.е. в этом сл)пае достигается полная развязка яо поляризации. 40 В реальных антеннах из-за наличия параэитной поляризации ве- Я личина )М'Я! практически всегда больше нуля даже для антенн с взаимно ортогональной основной поляризацией. Поэтому при ориентировочных практических расчетах величину (Ж(у')( для антенн с г с взаимно ортогональной поляризацией полагает равной 0,01.

Вернемся к вырюкенив (22.6). Это вырюкение часто записывают в децибельном масштабе: / Л ~~~У ( ~ ° 6/ ~Г(%ЛУЛМ Бг (~(~,У)(дй (Зб У))(го) ( где б~л=/Оф б~л ЫУ (ля(г)(=1дф (лк(~)) О. (22.19) 7аким образом, для вычисления по формулаы (22.10) или (22.18) коэффициента связи двух произвольных антенн на произвольной частоте „С, находящихся в дальней зоне друг от друга, достаточно знать расстояние между антеннами, величины коэффициентов усиления каждой нз антенн в направлении друт на друга и поляризационные ДН кюкдой иэ антенн в этом же направлении.

Если одна или обе антенны расположены в ближней или промежуточной зонах, то вводят поправочные коэффициенты р (Р,), учитывавшие зависимость Ку антенны от расстояния: С (М~)аС.~И,~~р' ~~>. (22. 20) С учетом (22.20) выражение (22.10) принимает следукщий вид: г лг Я Ю = ~ — ) 6" Р~~„дД Я)б~ (Ю,Я~5 Ю (~с 9)) . (22. 21) л При этом сделано допущение, что величина (М(т)( в первом приближении не зависит от расстояния. Это допущение справедливо для ~2 промежуточной зоны Уш — и не очень обосновано в ближней зоне.

Х Поправочные коэффициенты Л. Я)существенно зависят от того, с' в каком направлении ищется коэффициент усиления. На рис. 22.6 приведены графики зависимости коэффициента р от ~/( для направления максимума излучения для остронаправленных синфазных антенн различного размера (параметр .Л ) двух законов амплитудного распределения по антенне.

На рис. 22.6,а показано равномерное амплитудное распределение, а на ркс, 22.6,6 — косинус-квадратичное амплитудное распределение. 41 ЗБ о дБ -16 -!2 6 4 66~0 60 40 )ОО 200400600~ 1 Л 4 6 6!0 20 4060!002ОО4ОО 660— а) 8) Рис. 22.6 Рис. 22.7 Рис. 22.8 Существует ряд способов уменьшения коэффициента связи двух антенн. Одним иэ них является установка между антеннами электромагнитных экранов. Двя оценки функциональных качеств экрана могут использоваться различные характеристики.

Наиболее обобщенной является эффективность экранкрования К , под которой понимается отношение амплитуды напрякенности электрического поля /Е/ в данной точке при отсутствии экрана к амплитуде напряженности электрического поля /Ел/ в той же точке при наличии экрана / 416 К /Е/ (22.221 /Еа/ Часто также пользуются характеристикой экранного затухания: /Ел/ 4э= — = — или,4 =.ГОф — дБ. ' К .У К (22.23) Электромагнитный экран, расположенный между двумя антеннами, может быть сплошным (рис. 22.7), в виде круглого кольца (рис.22.8) или иной формы. Зкранирующий эффект сплошного плоского бесконечного экрана малко определить следующим образом: ~=Але (~~ ~лт (22.24) где Юл, .4 и Юг - затухания падающей на экран волны, связанные соответственно с отражением от освшценной части экрана, поглощением в экране и отражением ат теневой поверхности экрана. Затухание, связанное с поглощением, зависит от толщины экрана б (мкм), частоты / (МГц), электропроводности б' относительно электропроводности меди (для меди 8' 1) и магнитной проницаемостир.

относительно меди (для меди,и, 1): ,4=2~гуг1 ДТ~ лгз. (22.25) Зависимость затухания,4 от частоты пркведеиа на рис. 22.9. Как вкдно, зкранирование от низкочастотшлх помех значительно труднее осуществить, чем от высокочастотных помех. Затуханием за счет внутреннего отражения Ю в выражении (22.24) можно пренебречь, если ,4 > 4 дБ. зсо ~оо сгпаль медь цо 20 ~0 5 3 2 л ~о' (се 2о" 1, Гч Рис. 22.9 Затухание при отражении плоской волны определяется соотношением В,=ЮГ-Ю У('~7и ГллГц) ) Ю (22.26) 43 Из рис. 22,10, на котором представлена зависимость 9 от частоты г' плоской волны, следует, что затухание возрастает в области низких частот.

Затухание растет с увеличением электропроводности и уменьшением магнитной проницаемости, [50 400 50 ~о ~о~ ю~ ~о~ ~ов ~об йр <св ~от ~г Рис. 22.10 В СВЧ-диапазоне зкранирующий эффект бесконечных плоских экранов превышает сотни децибел. Поэтому для конечных плоских экранов экранирукщие свойства в основном определяются дифракционными явлениями на кромках экрана. Экранирующее действие сплошного экрана в СВЧ-диапазоне тем лучше, чем больше его размер по сравнению с длиной волны.

Принцип действия кольцевых экранов иной. Он основан на интерференции полей, прошедших у внешней и внутренней кромок кольцевого экрана. Такие экраны могут как существенно ослабить поле в направлении системы источник излучения — кольцевой экран (рис.22.11), так и усилить его. Действительно, пусть перед источником ~ сферической волны на расстоянии,~~ располоиен кольцевой экран, внутренний и внешний 44 радиусы которого равны соответственно р и,п„, . Напрякенность электрического поля Е в точке всв, лежащей на оси системы на достаточно большом расстоянии У от плоскости экрана, можно записать в виде ~23 -У 5в Двв ЕмЕо,) (я2,Я)1о, (22.

27) Я, где Рв — расстояние от текущей точки интегрирования на экране до источника б~; ят - нормаль к поверхности; э — область интегрирования. Квк показано в (2~, данный интеграл можно преобразовать к ви- -с.Фувл вввЛ' - в'Мр /г,гв л . л Е=Е, /-Е -б ). (22. 28) Зависимость экранного затухания, рассчитанного с учетом (22.2В), показана на рис. 22.12. ов 5м ов всм : ыо ав 02 Чв Рис.

22.12 При выполнении условия Е=оо (полное подавление поля излучения) получаем уравнение, связывавшее размеры кольца д и ~ял с расстоянием А'о и волновым числом я; , при которых минимизируются поля в точке ~э, лежащей на оси системы. Зто уравнение имеет вид г я' е -е ' '=О.

(22.29) Плодящие в состав (22.29) три слагаемых соответствуют прямому поли, проходящему через экран и точку Р , поли дифракции на внут- ренней кромке кольца и полю дифрзкции на внешней кромке. Сумма этих полей, имеющих равную амплитуду, при разности фаз мешду ними в 120о равна нулю. Уравнение (22.29) имеет бесконечно много корней. Минимальные размеры кольца, при которых экран полностью подавляет излучение, составляют „Ф~ =~~~3 (~ ~У~урд ' Я =Й/ЗЯа(УУУБбо, (22.30) где ~7~,ЙР~ - радиус первой эоны Френеля. Отметим частотные свойства экранов.

Если сплошные экраны могут работать практически во всем диапазоне частот (исходя иэ формул (22.25) и (22.26)) и при этом позволяют получить глубокое подавление помехи более 100 дБ (при полном экрэнировании), то кольцевые экраны осуществляют глубокое подавление поля в точке Р в ограниченной полосе. Расчетное э ание я омакней по готовки При подготовке к работе необходимо заранее определить сникение коэффициента свяэя двух антенн из-эа введения кольцевого экрана (соотношения (22.23) и (22.28)). В табл. 22.1 приведены значения (, Р~,ур и РЛ для различных вариантов.