Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Следовательно, ком- поненты векторов поля Е и Н в промежуточной области могут быть найдены по формулам (7.6) с заменой в них векторных потенциалов А '" на векторные потенциалы Аф'р, . Сформулированные ранее выводы о поперечном характере дальнего поля н о его локальном подобии плоской электромагнитной волне в окрестности любой точки наблюдения сохраняются и в промежуточной области. Однако зависимость поля от расстояния уже не имеет характера сферической волны ехр( — /р/7)/й, так как расстояние /7 дополнительно входит в показатель степени подынтегральной экспоненты в (7.10).
Расчеты показывают, что нз-за этого в промежуточной области на монотонное убывание полк по закону !//7 накладывается осцнллнрующее затухающее колебание. Угловое распределение составляющих векторов поля оказывается зависящим от расстояния /7, т. е. ДН излучающей системы в промежуточной области искажаются тем сильнее, чем меньше /7. Анализ точности приближения промежуточной зоны показывает, что расстояние /7 должно находиться в пределах где Р— максимальный размер излучающей системы. Величина Р/4 в левой части неравенства играет роль только для очень малых антенн н учитывает амплитудную ошибку, возникающую в связи с заменой !/г на 1/И с последующим вынесением 1//7 из-под знака интеграла (в 7.1).
При Р=!О Х промежуточная область охватывает пределы 13,5 Х(/7(200 Х. С увеличением размера антенны промежуточная область расширяется и при Р=)ООК охватывает расстояния от 250 1 до 20 ОООХ. Более строгое рассмотрение показывает, что границы промежуточной и дальней областей излучающей системы зависят не только от расстояния /7, но н от углов наблюдения. Эти границы зависят также от формы излучающей системы антенны н характера распределения токов .1э "(х', у', з').
На расстояниях, меньших нижней границы промежуточной области, располагается ближняя эона излучающей системы. В этой области электромагнитное поле имеет сложный характер н прн его расчете необходимо пользоваться строгими операторами (7.2). В ближней зоне в общем случае присутствуют все компоненты поля, зависимость поля от расстояния /7 носит нерегулярный характер, вектор Пойнтинга становится комплексным и по направлению может не совпадать с радиусом-вектором Й.
В ближней зоне излучающей системы сосредоточивается некоторый запас электромагнитной энергии, как правило, затрудняющий хорошее согласование входа антенны в широкой полосе частот. й 74. ВЕКТОРНАЯ КОМПЛЕКСНАЯ ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ По аналогии с полем днполя Герца [см. выражения (П.12а)1 электромагнитное поле произвольной антенны в дальней зоне можно представить выражением Е= (л'.,/(21)) /лЬ„Р (6, о) е — 1ЭЯ/К, (7. 11) где!лл — комплексная амплитуда электрического тока в выбранной точке А излучающей системы (обычно в максимуме распределения или иа входе); 2С=((и,/е~)иэ — характеристическое сопротивление среды; А — длина волны в среде; Ьд — коэффициент пропорциональности, называемый действующей длиной антенны. Входящая в (7.11) комплексная венюрная нормированная диаграмма направленности Р(0, Ч~) характеризует угловое распределение поля, а также его полярнзациониые н фазовые свойства.
Прн задании этой важнейшей характеристики антенны следует обязательно оговаривать положение начала координат, относительно которого ведется отсчет разности фаз. В самом общем случае функция Г(0, Ч~) состоит из произведения трех сомножителей Г(В, р)=Р(Е, о) р(В, р)е~ и >, (7.12) описывающих соответственно амплитудную, поляризационную и фазовую структуры поля дальней зоны антенны. рассмотрим последовательно сомиожигели выражения (7.12). Амплитудная диаграмма направленности по полю г" (О, ф). Эта вещественная положительная функция нормируется таким образом, что тахт" (О, ~р) =1. Очевидно, что квадрат гэ(0, ~Р) совпадает с нормированным угловым распределением вектора Пойнтинга, определенным соотношением (7.9).
Амплитудная ДН антенны может быть получена как расчетным, так и экспериментальным путем. Для ее наглядного представления привлекают различные способы графического изображения, Прн этом пользуются представлением об амплитудной ДН как о поверхности, соединяющей концы радиальных векторов, исходящих из начала координат и имеющих в каждом направлении длину, равную в заданном масштабе значению функции г(0, ~Р). Наиболее часто встречаются тороидальные, игольчатые, веерные и косекансные диаграммы направленности. Характерной особенностью тороидальной ДН (рнс. 7.4, а) является почти равномерное излучение в плоскости, перпендикулярной оси таранда.
Область применения антенн с тороидальными ДН вЂ” радиосвязь, радионавигация и радиовещание. Игольчатые ДН имеют на фоне многих боковых лепестков ярко выраженный главный лепесток почти симметричной формы (рис. 7.4, б). В веернык ДН (рис. 7.4, в) ширина главного лепестка в двух взаимно перпендикулярных плоскостях сильно отличается. Антенны с нголь- чатымн н веернымн ДН применяют и радиолокационных станциях (РЛС) н связных радноснстемах. В косекансньгх До веерный главный лепесток имеет несимметричную форму (рнс.
7.4,г), прячем его рабочая часть в одной нз плоскостей (обычно вертикальной) определяется уравнением Г(0) =соэес0, а в другой плоскости лепесток симметричен н имеет малую ширину. Косекансные ДН предпочтительны для самолетных РЛС обзора земной поверхности а) Рис. 7.4. Виды диаграмм иаправаеииости н для наземных РЛС наблюдения за воздушной обстановкой. Рабочая часть косекансной ДН обеспечивает примерно одинаковую интенсивность отраженных сигналов прн различных наклонных дальностях до цели. Пространственное изображение функции г"(О,~р), подобно нзображенню на рнс. 7.4, является сложным для построення н малоннформатнвным.
Поэтому о форме пространственной ДН обычно судят по ее сечениям в выбранных плоскостях. Для слабонаправленных антенн используют главные сечения сферической системы координат: экваториальную плоскость н пару мернднональных плоскостей. Для остронаправленных игольчатых н веерных ДН чаще выбирают пары перпенднкулярных сечений, проходящих через направление максимального нзлученйя. Одно нз сечений берется в плоскости, где главный лепесток ДН нмеет нанменьшую шнрнну. Для антенн линейной поляризации может также нспользоваться пара сечений, параллельных векторам Е н Н. Для сечений ДН используют полярные нлн декартовы коордннаты в различных амплитудных масштабах: линейном (по полю), квадратичном (по мощности) нлн логарнфмнческом (шкала децнбел).
Различные способы представления одной н той же двумерной ДН показаны на рнс. 7.6. Полярные ДН наглядны, од- Р пако по ннм трудно определять угловые положения экс- -7 " 'Ф> 55 тремумов излучения. Кнадам ратнчный масштаб имеет 675 тенденцию к скрадыванню а) боковых лепестков н поэто- -55' М му непригоден для нзображення ДН антенн с низким /55" 755 /5 ' уровнем бокового нзлучення. Логарифмический масштаб / вводится соотношеннем Рдв (О„ф) = 2018 Р(0, тр) = 7 ' гт =101п Р='(8, гр) н хорошо пе- 5) 5~5 редает особенности амплнтудных ДН з широком дина- 575 мнческом диапазоне. ; ( С РаЗВНтПСМ СРЕДСТВ Ма- -Я5 -755 -5П -Е5 5 55 55 755 Ег шннной графики намегнлась глБ тенденция применения кар- -755 — -55 и ег 55 пх ~.
тографнческнх методов нзоб- -75 раження трехмерных (прост- 51 рансгвенных) ДН. Исполь- -Зу зуется подходящая сетка угловых координат, на кото- -55 рую наносят замкнутые лнннн уровня функции Р(8, ф). Уровни маркнруют цветом нлн чнсленным указаннем. В простейшей равнопромежуточной проекцнн используется квадратная координатная сетка по направлениям 8, ф (рнс.7.6). Такая проекция удобна для изображения главных лепестков с некоторой окрестностью бокового нзлучення.
Полярнзацнонные свойства. Векторный сомножнтель р(8, ф) в (7.12) представляет собой еднннчный вектор полярнзацнн с двумя компонентами, ориентированными по базисным ортам сферической системы коордннат: Рис. 7.5. Способы иэображения двумерных ДН антенн: о — полвоиаа дн по палю: б — декаотовав дн по палю в по мощвосгиг а — декаптовав ДН в логаоиемиееском масштабе Р(6, ф)=1аРа(6, ф)+1оР,(6, Р)=(1„1т) ( ' ~=(1Р). (7.13) 'х Ро l Модуль вектора р равен единице независимо от направления, т. е.
! ро(~+ ~ р,~ к= 1. Компоненты р, н (7, показывают соотношение между вертикальной и горизонгальной составляющими поля в дальней зоне антенны в выбранном направлении, а также фазовый сдвиг между ними. В общем случае оба компонента вектора поляризации являются комплексными числами. Один нз компонентов обычно полагают ве- о .га Ю т Ур ПП г,й7 Рке. 7.6. Картографическое икображеике ЛН амтенкы щественным [т. е. фаза этого компонента включается в мнимый показатель экспоненты в третьем сомножителе (7.12)1 и обозначаюг через а. Это так называемая главная сосгавляюи(ая поляризации, оговариваемая в техническом задании на проектирование антенны.
Второй компонент вектора поляризации, ортогональный главному, может быть назван паразигпой (или кроссполяризационной) сосгавляюией поляризации. С учетом обозначения главной составляющей поляризации р(о, 7)=(„„а((), ~р)+1„,3/1 — азеУчм м, (7.14) где 1~о — базисный единичный вектор главной поляризации; а(8, ~р) — вещественная положительная функция; 1, — базисный единичный вектор паразнтной поляризации; ф(6, <р) — фазовый сдвиг между составляющими. Величина аз(1 представляет собой полярнзацнонную эффективность антенны и показывает долю плотности потока мощности в данном направлении, излучаемую на главной поляризации, Величина 1 — аз дает долю плотности потока мощности паразитиой поляризации.
Выясним поведение мгновенного значения полного вектора поляризации. На рис. 7.7 представлена касательная плоскость к сферическому фронту излучаемой волны в окрестности точки наблюдения (волна уходит от наблюдателя за плоскость рисунка). Предположим, что сосгавляющая по ~р соответствует главной поляри- зацин. Мгновенные значения проекций полного вектора поляриза- ции 1)1)1)',( Ро 1 (1 1 )~ Р~~ где Тем самым получено разложение вектора поляризации в новом полярнзационном базисе, орты которого 1„=)т созт+1тз)п тегт „ 1„,=18 з)п т/Ф вЂ” )т созтец)*+э ), (7.15) р =аз)п е4, р =) 1 — отз)п(о1+ф). Геометрическим местом точек концов вектора поляризации в последовательные моменты времени является эллипс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
