Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 62
Текст из файла (страница 62)
$11.5. ВЛИЯНИЕ ФАЗОВЫХ ИСКАЖЕНИИ НА ПАРАМЕТРЫ ЛНИЕИНОй АНТЕИИЬ1 Из-за несовершенства конструкции распределителя н ошибок изготовления элементов антенной системы линейность фазового распределения возбуждения искажается, что ведет к нарушению формы ДН и снижению КНД. Различают дегерлгинироаатсные (систематические) и случайные фазовые искажения.
Распределение детерминированных фазовых ошибок обычно является гладким, и его представляют в форме степенного ряда: ,((з)=l(а)е(1~1'1-19*1; Ф(а)=Ф! — +Ф вЂ” +Ф, — +..., где т'(з) — амплитудное распределение; ехр( — 79ра) — фазовое распределение, обеспечивающее сканирование; «р(а) — распределение фазовой ошибки возбуждения. Константы Ф представляют собой максимальные значения фазоной ошибки степени л на краю антенны при а=7./2. Линейные фазовые искажения.
Общий линейный закон распределения фазы сохраняется, однако коэффициент замедления изме- нЯетсЯ: 5»и=6 — 2117,/ф7.). ПоэтомУ пРи РавномеРном амплитУдном распределении множитель направленности 1(8) = з!п (Ч'+6Ч') ! (Чт+ +ЛЧ'), где Ч'=О,бр(.(сов 8 — Е); 6Ч'= — Ф!. Таким образом, линейная фазовая ошибка Ф! на краю антенны по отношению к ее середине приводит к сдвигу ДН вдоль оси Ч' на величину 6Ч"= — (Р~ (рис. 11.8).
Так как положение области видимости по оси Ч' не изменяется, то происходит отклонение луча в пространстве иа некоторый угол 68 в сторону края антенны, получившего дополнитель- ное запаздывание. Удобно измерять небольшое паразитное отклонение максимума по отношению к ширине луча по половинной мощности, г.
е. к значению ЛЧ'=2,78 рад. Для длинных антенн (Е ьХ) такое же относительное смещение луча произойдет и в масштабе углов наблюдения: Ь6/М = — Ф,/2,78= — Ф~/158'. (11.19) При спадающем амплитудном распределении абсолютное смещение максимума излучения для фиксированного Ф, остается неизменным„ однако относитель- ная угловая ошибка уменьшается из-за расширения луча: бй/ЛО Ф~7/(158 Кэя), где йэ Кр~ — коэффициент расширения луча.
Уменьшение относи- цг тельной угловой ошибки положения лу яа при спадающем амплитудном распределении обусловлено уменьшением роли краевых участков антенны, где дг фазовая ошибка наибольшая. Квадратичные фазовые искажения. Вычислить интеграл -хя -гя -я д я "я для множителя направленности линейной антенны (11.2) прн рнс, г цв. поведение множителя наяравквадратичных (а также и при ленности при линейных фаэовых искакубичиых) фазовых искажени- жеанах а рааааамплятухной антенне ях в общем виде затруднительно, поэтому целесообразнее произвести численные исследования с помощью ЭВМ по программе быстрого преобразования Фурье.
Результаты вычислений показаны на рнс. 11.9. Квадратичные фазовые искажения не вызывают смещения максимума ДН, однако приводят к расширению главного лепестка и заплываиню минимумов излучения, Наиболее сильно квадратичные фазовые искажения сказываются при равномерном амплитудном распределении. Здесь для случая (Рх)л наблюдается даже раздвоение главного лепестка. При спадающем амплитудном распределении наиболее сильно расфазированиые края антенны дают меньший вклад в общее излучаемое поле и искажение ДН получается меньше.
Квадратичные фазовые искажения чаще всего встречаются в коротких рупорных антеннах и в параболических зеркальных антеннах прн осевом смещении облучателя из фокуса параболоида. Поэтому эти искажения часто называют погрешностью фокусировки или просто дефокусировкой. Изменение формы ДН при квадратичных фазовых искажениях приводит к снижению КНД, т. е. к уменьшению коэффициента использования поверхности антенны, которое при равноамплитудном возбуждении может быть оценено с помощью графика иа рис.
11.10. Кубичиые фазовые искажения (в оптике — «кома»). Результаты вычислений множителя направленности для случая равноамплитудного возбуждения показаны на рис. 11.11. Прежде всего следует отметить сдвиг максимума ДН в сторону края антенны с до- йг йа йв р ж 'зт тя и Рис Ы 9. Искажения множителя направленности линейной антенны при квадратичных фазовых ошибках полнительным фазовым запаздыванием. При небольших цзз сдвиг максимума излучения по отношению к ширине луча неискаженной ДН определяется формулой Ь61дй — Фв'(!,48Я) =. — Фз~266'.
(11.20) Из сравнения формул (11.19) и (11.20) видно, что отклонение максимума прн равноамплитудном распределении и кубичной фазовой ошибке в 1,7 раза меньше, чем при линейной ошибке. Искажение формы ДН заключается в том, что главный лепесток ДН расширяется и становится несимметричным, боковые лепестки по одну сторону главного лепестка увеличиваются, а по другую— уменьшаются, причем возрастание наблюдается с той стороны, в которую смещается главный максимум излучения.
Сопутствующее снижение КНД антенны может быть оценено по графику зависимости коэффициента использования поверхности от Фз (см. рис. 11.10). Если используется спадающее к краям амплитудное распределение, то влияние кубической фазовой ошибки на форму ДН ослабляется, так как снижается вклад в излучаемое поле от наиболее асфазированных краевых участков антенны.
убичные фазовые ошибки встречаются, например, в параболических зеркальных антеннах при смешении облучателя из фокуса в боковом направлении (вместе с сопутствующим линейным изменением фазы по раскрыву). Случайные фазовые искажения. Будем считать, что амплитудно-фазовое распределение возбуждения в отдельной реализации антенны имеет внд У(х)=т'се)1и( 1 — Ы 1, (11.21) где Ф(з) — стационарный случайный процесс с нулевым средним значением и дисперсией Ф(я) а. При небольших дисперсиях структурную функцию, т.
е. средний квадрат разности фаз в точках х, и гх, можно аппроксимировать соотношением К(хх, Ят)=(Ф(хх) — Ф(хт)1х=а(1 — е — аа'lе') (11.22) йв ав йг йз ' а пуд ж уяув нона -,в' — хя — хг с я гв' Рнс. 11.11. Искажения множителя направленности линейной антенны при кубичных фазовых ошибках Рис. 11.1О. Снижение КИП линейной равноамплитудной антенны прн квадратичных и кубичных фазовых ошибках где р — характерный размер, называемый радиусом корреляции; Ы=гх — аь Среднеквадратическая разность фаз между точками, разнесенными на расстояние р, составляет примерно 0,79 'и а рад, т.
е. случайные отклонения фазы в этих точках почти не коррелированы между собой. Каждой реализации распределения (11.21) соответствует определенная реализация множителя направленности антенны. Если произвести усреднение по большому числу реализаций, то можно установить зависимость средних параметров линейной антенны от дисперсии фазовых ошибок а и радиуса корреляции р.
Наибольший интерес представляют следующие характеристики: форма средней ДН по мощности; среднее значение КНД; наиболее вероятный уровень боковых лепестков. Соответствующие выкладки достаточно сложны, поэтому ограничимся изложением наиболее важных результатов. Для небольших фазовых ошибок а~! и радиусов корреляции р«(.(. средняя ДН линейной антенны с равномерным амплитудным распределением (,г(т")1«=е ~~ — ) +) па ~ е ~ мдл1 %' / б где 1«'=0,55(.(соз6 — $). При а О (или р-»0) множитель направленности стремится к неискаженному виду з!и Ч~/1г. Фазовые ошибки приводят к уменьшению главного максимума (множитель ехр ( — а)) и к наложению на неискаженную ДН дополнительного распределенного фона бокового излучения.
Распределенный фои вызывает «заплывание» нулей излучения и приводит к росту уровня боковых лепестков. При р«~ь добавочный фон почти не имеет направленности, медленно убывая в обе стороны от главного максимума излучения. Прн постоянном произведении ар боковой фон мевьше у более длиннык алтенк. Для объяснения этого эффекта разобъем антенну на отдельные участки длиной р.
Число таких участков У=(/р. Образование добавочного фона можно объяснить суммированием парциальных излучений отдельных участков со случайными фазовыми сдвигами. В результате плотность потока мощности излучения фона пропорциональна Л', а угловое распределение фона повторяет Форму ДН одного участка, т. е. почти не направлено при р(),. В главном максимуме излучения преобладает эффект синфазного сложения излучений отдельных участков, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
