Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Внутри этого эллипса полный вектор поляризации (а следовательно, и вектор Е) совершает регулярное вращение, причем полный оборот происходит за период колебаний несущей частоты, а направление вращения зависит от знака фазового угла: — м" ~р =и. При положительных тр вращение происходит по часовой стрелке (правое вращение) и при отрицатель- у)-йт иых ~р — против часовой стрелки (левое вращение). Таким образом, вектор поляризации вращается в сторону составляющей, отстающей по фазе, при эгон наблюдатель смотрит вслед уходящей волне и ах е„ Для колкчественной характеристики эллипса поляризации вводят параметры: 1) отношение малой и большой осей г~1; 2) угол ориентации большой оси р (рис. 7.7). Отношение осей называют коэффициентом эллиигичносги.
Рис. тд. Полэраээивонима элПринято приписывать величине г знак . липс плюс при правом вращении р н знак минус при левом. Построение поляризационного базиса. Заметим, что поляризационный вектор не изменится, если между двумя матричными сомножителями в правой части (7.13) поместить единичную матрицу второго порядка, представив ее в виде произведения двух унитарных сопряженных сомножителей, построенных по типу канонической матрицы (3.18): причем параметры т, ф1 и ~)з определяют унитарную матрицу (3, Каждый орт поляризациоииого базиса (7.15) имеет единичный модуль и описывает волну эллиптической поляризации общего вида.
Замечательным свойством этих волн является ортовональность, понимаемая в смысле обращения в нуль скалярного произведения (!гд!из)=0. Ортогональность векторов 1пв и 1„, означает, что они участвуют в переносе мощности излучения антенны независимо один от другого. На практике часто используется поляризациоииый базис, саста. ящий из двух круговых поляризаций противоположного направления вращения. Ему ссютветсгвуют параметры унитарной матрицы т=п/4; ф1 — — — и/2; фз=п/2; 1,,„=0,707(1~ — р„); 1пз=0,707(!1~ — 1,). Главной поляризации соответствует правое вращение и паразитной поляризации — левое.
В наиболее общем случае при произвольных параметрах т, ф и ~зз векторы 1„и 1„, характеризуются одииаковым модулем коэффициента эллиптичностн, однако большие оси эллипсов в каждой точке пространства перпендикулярны между собой, а направления вращения противоположны. Итак, для полного описания поляризациониых свойств дальнего поля антенны достаточно указать требуемый по техническому заданию базис и получить функциональные зависимости поляризационной эффективпости ат(9, Ч~) н фазового сдвига между основной и паразиткой составляющими ф(0, ср). Для совместного описания амплитудных и поляризационных свойств антенн можно использовать ДН на заданной поляризации поля: р (8 ) Р(з, т)а(в, 9) )Р(6, т) а(в, т)!- р (з, т) У! — иэ (з, т) !р (в.
т) р'! — х (в, т4... ' Именно такие ДН иепосредсгвеиио измеряются при экспериментальном исследовании конкретных антенн. Фазовая характеристика аитеины. Мнимый показатель степени Ф(0, Ч~) в третьем сомножителе формулы (7.!2) носит название фазовой характеристики направленности антенны по главной поляризации излучения. Функция Ф(0, ф характеризует изменение фазового сдвига компонента главной поляризации при перемещении точки наблюдения по поверхности большой сферы радиуса Р с центрам в начале выбранной системы коордииаг и, таким образом, существенно зависит от этого выбора. Наряду с фазовой характеристикой Ф(В, в) в рассмотрение вводят также эквифазиые поверхности в дальней зоне, т. е.
поверхности, иа которых фаза компонента главной поляризации одинакова для всех углов наблюдения, Уравнение эквифазиой поверхности с учетом радиальной зависимости фазы дальнего поля — 2п)т/Х может быть записано в виде РР(9, р)=)Р,+ — Ф(6, р). Л 2н Рнс. 7.6. К опрелеленню фазовой хароктернстнкн антенны Ф'(6, р)=Ф(9, ср) — досова=Ф(В, <р)— — р(хоюпзсоьср+уошпВь!пу+госоьВ) (7-!8) Если антенна имеет фазовый центр (случай 1), то координаты хо, уо, го могут быть подобраны таким образом, что Ф'(О, ф) =сонь!. Это получится лишь при условии, что исходная фазовая характеристика Фо(9, ~р)=-(!(хо ьйп 6 сов о+ус ь!и 6 ь!лт р+го сов 9+р), где р — некоторая константа.
Поэтому можно утверждать, что антенна имеет фазовый центр только в гом случае, если ее фазовая характеристика представима в виде функции Фо(0, <р). Это положение было установлено советским ученым А. Р. Вольпертом н !961 г. На практике многие антен. Если эквнфазная поверхность представляет собой сферу (за вычетом возможных скачков на Л/2 при переходе через нуль амплитудной ДЕ!), то центр этой сферы носит название фазового центра антенны. Для удаленного наблюдателя фазовый центр является именно той точкой антенны, откуда исходят сферические волны излучаемого поля. Наиболее простой фазовой характеристикой антенны является постоянная функция Ф(0, тр) ='Фо.~п, где Фо — константа.
В этом случае эквифазиые поверхности имеют вид сфер и фазовый центр совпадает с началом координат. Если же функция Ф(8, ср) не постоянна, то возможны два случая: 1) антенна имеет фазовый центр, не совпадиощнй с началом координат; 2) антенна вообще не имеет фазового центра. В обоих случаях удается упростить вид фазовой характеристики путем надлежащего переноса начала системы координат.
Обратимся к рис. 7.8, на котором показано положение начала новой системы координат †точ О' с координатами хь уо го в старой системе. В новой системе координат )!', О, ф исходная фазовая характеристика изменится за счет разности хода лучей !!осоьа н будет иметь вид(см. (7.4)! ны (рупорные, спиральные, турникетные и др.) не имеют фазового центра в строгом понимании.
Однако н для таких антенн можно указать точку (гак называемый центр излучения), относительно которой поверхность равных фаз наименее уклоняется от сферической, а фазовая характеристика наиболее близка константе. Подчеркнем, что понятия фазового центра антенны и центра излучения относятся к компоненту на главной поляризации излучения. Для поля паразитной поляризации фазовая характеристика направленности может быть вычислена с помощью соотношения гР.,(0, ~р) =Ф(0, Ч~)+ф(0, зу), где Ф(0, ф) — фазовая характеристика на главной поляризации; ~В(0, ~г) — фазовый сдвиг компонента вектора паразитной поляризации по отношению к компоненту главной поляризации. Коэффициент направленного действия. Степень концентрации излучения в направлении максимума амплитудной ДН оценивается коэффициентом направленного действия (КНД).
Этот параметр, введенный в теорию антенн в 1929 г. советским ученым А. Л. Пистолькорсом, показывает отношение модуля вектора Пойнтннга и направлении максимального излучения на удалении ц в дальней зоне к среднему модулю вектора Пойнтинга на поверхности сферы того же радиуса, охватывающей антенну: Й =П „/П г при Я=сопз1- со. (7.17) Существуег и другое определение КНД, согласно которому этот параметр антенны показывает, во сколько раз должна быть увеличена излучаемая мощность при замене направленной антенны на абсолютно не направленную гипотетическую изотропную антенну при условии сохранения постоянного модуля вектора Пойнтньта в точке наблюдения. Таким образом, подчеркивается, что увеличение КНД антенны эквивалентно как бы возрасганию мощности передатчика. Заметим, что изотропная антенна с ДН г" (О, ~р) =1 и с постоянной поляризацией излучения является физически нереализуемой. Доказано, что в поле излучения реальной антенны либо имеется направление нулевого излучения, либо поляризация существенно зависит от направления и коэффициент эллиптичиости принимает любые значения: — 1(г -1.
Излучаемая направленной антенной мощность пропорциональна интегралу Рх=А ф Рз(В, ср)дЯ, дЯ=з(п Вс1В(Ьр, где А — коэффициент пропорциональности. Интегрирование ведется в пределах полного телесного угла й=4п, т. е. от 0 до 2п по ~р и от 0 до и по 6. Если антенна представляет гипотетический нзотропный излучатель с ДН Рт(О, ф) ==1, то ее мощность излучения Р =А ~ 1-6(2=4пА. Пользуясь вторым определением КНД, для направления максимального излучения (гамак(Оо, ~ро) =1] получаем П „=Р на(Р =4п / ф Ра(8, Р)ба.
В дальнейшем всегда будем определять КНД антенны для направления максимального излучения, однако для сокращения записи индекс «шах» будем опускать. Для других направлений КНД также существует н определяется формулой прнмер 1. для днполя Герца в свободном пространстве нормнронанная дн ннсег внд пз(О, о) =а1пзб.
Подстановна атой функции в (7.18) прнводнт к результату 17= 1,б. Если же расположить днполь на нулевой высоте перпендикулярно бесконечной идеально проводящей плоскости, то (1 3. несмотря на то что нормнроаанная ДН определяется той же функцией. Возрастанне КНД вдвое обусловлено тем, что пределы интегрирования по углу 8 в знаменателе (7.18) сокращаются до интервала (О, п/2). Действнтельно, диполь теперь излучает мощность только а одно полупространство, причем модуль вектора Пойнтннга в нем учетверяется вследствие появления зеркального нзображення днполя (см. рнс. П.4 приложения). Ширина луча и уровень боковых лепестков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
