Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 64
Текст из файла (страница 64)
На рис. 11.14 в область видимости помимо главного лепестка функции ри(Ч') попадают два боковых главных максимума. На практике такое положение обычно недопустимо, так как из-за распределения излучаемой мощности по нескольким главным лепесткам ухудшается КНД, появляется неоднозначность пеленгации целей н ухудшается помехозащищенность. Рассмотрим возможные способы подавления по-. бочных главных максимумов, а именно. ограничение шага решетки, применение направленных элементов и неэквидистантпого распо- ложения излучателей. Ограничение шага решетки. На рис. 11.15 выделен интервал изменения обобщенной угловой переменной — (Ф вЂ” 1) и ='Р( =(/ч' — !)и, в котором отсутствуют побочные главные максимумы и уровень боковых лепестков не превышает уровня первого бокового лепестка, ближайшего к главному максимуму. Если границы области видимости при выбранном числе элементов не выходят за пределы этого интервала: %' ы=0,бас/(-1 — 0 > — (Лг — 1)н, Ф,„=0,5Д/(й/(1-!) ((Лг — 1) и, Ягаусмвммй ааавюеаа о5лаппо 6вйвнасао (Ртах" /и-Пхг Рис.
11.1о. К выводу условия отсутствия иооочиых гяавиых максимумов то появление побочных главных лепестков в области реальных углов невозможно. Оба неравенства эквивалентны одному условию ч /Р~' — 1) Х (11.27) /1+ !6! Отсюда в режиме поперечного излучения (3=0) допустимое расстояние между соседнимн излучателями с(савв=(й/ — 1)я//й, т.
е. несколько меньше длины волны. При сканировании в секторе углов от йо до и — 8о коэффициент замедления изменяется в пределах — созйв($ =созйо и допустимое расстояние между излучателями уменьшается до значений /Ф 1~ Х ) В режиме осевого излучения ([$~ в1) допустимое расстояние между элементами в соответствии с (1!.27) должно быть менее полуволны.
Иногда допустимый интервал изменения переменной Ч' полагают — Ун/2(Чг(Фп/2, что гарантирует в области видимости убывающий закон изменения уровня боковых лепестков в обе стороны от главного лепестка. Тогда ограничение иа шаг решетки приннмаег вид г(()/(2(1+($()) и решетка должна иметь полуволновый шаг при поперечном и четвертьволновый шаг при осевом излучении. Итак, при выполнении неравенства (11.27) ДН линейной антенной решетки отличается от ДН непрерывной линейной антенны длины /.=п/г( лишь поведением дальних боковых лепестков (они несколько выше в антенной решетке), и эти излучающие системы можно считать практически эквивалентными.
Эквивалентность сохраняется и при других видах амплитудно-фазовых распределений и, таким образом, все выводы о влиянии амплитудного распределения и фазовых искажений в линейной антенне на форму ДН оказываются справедливыми и для антенных решеток. Применение направленных элементов. В соответствии с теоремой перемножения полная ДН антенной решетки есть произведение ДН одного элемента на множитель направленности решетки.
Если один элемент имеет незначительное излучение в направлении побочного максимума решетки, то последний окажется подавленнымм. Прнмер. Пусть Х-элементная сннфазная равноамплнтудная антенная решетка с произвольным шагом Й состоит нз одннаковых идеальных излучателей длнны ! (рнс. 11.15, а). Полная ЛН тахой решетки а!и (0,551 соз 6) а!и (0,5г'/йгГ соа 6) 0,5)1 соз 6 д/ агп (0,5ргг соа 6) Введем обобщенную угловую переменную Ч'(8) =0,5!Уйб соз В. Тогда 05()!созб=!Чг(0)/(/Уб) н ДН решетки прнннмает внд у(Чг) =- а!п (МГ(5/гГ)! ( ! шп Чг ° =! --. И-"--! Соответствующие сомножителя построены на рнс.
11.16, б. Потребуем, чтобы первый побочный максимум прн Ч',=/Уп во втором сомножителе был подавлен первым сомножителем до уровня 0,21, т. е. до стандартного уровня боковых лепестков в равноамплнтуднай лннейной антенне. Поскольку Мпх/х=0,2! прн х=2.57, приходим к условию 1Ч'~/(г/д) =!п/г(=2,57 нлн 1=082г(. ЛН решеткн для такого значения ! показана на рнс. 1!.16, а. Еслн же выбрать !=г(, то нули первого сомножителя точно совпадут с положеннямн побочных главных максимумов второго сомножителя н произойдет полное подавление этих макснмумов на всей осн Ч'. Однако такой результат трнвнален, так как соответствует непрерывной антенне. Применение направленных элементов ограничивает сектор сканирования линейной антенной решетки.
В случае, изображенном на рис. !!.16, попытка сканирования путем введения фазовых сдвигов между соседними излучателями приводит к смещению графика (х(Чг) относительно гРафика (зл(ту), что вызывает снижение главного максимума и возрастание побочного главного лепестка со стороны, противоположной направлению отклонения луча. Неэквндистантное расположение излучателей. Возникновение побочных главных максимумов в разреженных эквидистантпых ре- щетках объясняется тем, что синфазное сложение излучаемых колебаний от любой пары соседних элементов возможно л направлений Ом, в котором сумма пространственной разности хода рс(созО и фазового сдвига между соседними излучателями равна нулю нли кратна целому числу 2п, т. е.
Ро соз Ом — ЛФ=2пМ, М =О, Р лэг Р1 Рис. 11.!6. Поаавление побочных главных максимумов решетки при нсполвэованин направленных элементов ~1; З-2, .... Отсюда ряд направлений максимального излучения может быть найден по формуле соз В„=(2пМ+йФуфсЯ)=МЛ/сГ+В. Замечательным свойством главного луча решетки при М*=О является то, что его направление не зависит от шага решетки и определяется только коэффициентом замедления. Направления же побочных максимумов существенно зависят от шага и/Х. Если нарушить постоянство шага решетки, ио сохранить значение фазовой скорости возбуждения $=оФДрс(1 (для этого надо менять огй синхронно с изменением с(/Х), то направление главного максимума для любой пары элементов сохранится неизменным, а направления побочных максимумов окажутся различными для разных пар со- седних элементов и произойдет «размазываниеэ побочных главных лепестков решетки по широкой зоне углов.
Эта идея воплощена в неэквидистантной антенной решетке, в которой положения отдельных элементов не подчиняются периодическому закону. ДН неэквидистантной решетки должна вычисляться по исходной формуле (11.1), так как произвольный выбор положения элементов не позволяет воспользоваться каким-либо общим приемом суммирования. Задача определения оптимального положения элементов, ведущих к равномерному чразмазываниюъ побочных лепестков, оказывается сложной и решается численно на ЭВМ. Заметим, что решетки с более редким расположением элементов, чем это диктуется неравенством (11.27), имеют существенно сниженный КНД из-за рассеяния мощности в побочных лепестках. Этот недостаток сохраняется и в разреженных неэквидистантных антеннах решетках. Основываясь на эквивалентности линейной решетки н непрерывной линейной антенны, можно производить уверенную оценку КНД линейных решеток по соответствующим формулам для непрерывных линейных антенн заменой длины / на эквивалентную величину /Уд.
Таким путем из формул (11.13) — (11.15) получаем следующие формулы для КНД антенных решеток: /Л юг//Л, ! Е ! (1 — Л/(МИ) в режиме наклонного и поперечного излучения; й=4Фд/Л в режиме осевого излучения при ($! =1; 1Э,р~ 7,2Иг//Л, 1 Ер, ! =1+ Л/(2ИЯ в режиме осевого излучения с оптимально замедленной фазовой скоростью возбуждения. Очевидным условием применимости этих формул является выполнение неравенства (11.27), гарантирующего отсутствие побочных максимумов в области видимости. Наряду с приведенными оценками КНД в линейных решетках полностью сохраняют свое значение и все оценки коэффициента использования поверхности прн неравномерном амплитудном распределении и при наличии фазовых искажений.
Представляет интерес выяснить зависимость КНД антенной решетки от шага г!/Х. Возьмем для примера случай синфазной решетки с большим числом элементов (/У-~- сю). При х(/Л(1 в области видимости присутствует лишь один главный максимум, при 1~ <4/Л(2 к нему добавляются два симметричных главных максимума первого порядка, при 2(г(/Л -3 — максимумы второго по- рядка и т. д. Появление очередной пары побочных главных макси. мумов в области видимости сопровождается распределением излучаемой мощности на большее число лепестков единичного уровня, и КНД в главном максимуме принимает вид 2!т (и/1) 2 Е (Н/1) + ! где Е(х) означает целую часть х. Поведение функции /7/йг в зависимости от шага решетки показано на рис. 11.17 штриховой линией.
Там же сплошной линией изображен ход графика В/йг при гу» большом, но конечном числе т элементов. Тогда побочные И +~ ' и главные лепестки имеют конечную ширину и их вхождение в РЗ область видимости при возраста'гнн о/й происходит не скачкообразно !как при Л'-~-оо), а плавно. г йа ба хз пределе при большых гг/т Р г! и кнд ф й Рис. ! ! П. КНД синфазной ранноаинли- КНД решетки становится Рав- тудной антеийой решетки ным числу изотропных элеменгов.
Поясним это нестрогим рассуждением. Пусть уединенный элемент с единичным током возбуждения при единичной излучаемой мощности создает в дальней зоне единичную напряженность поля. Если ту же мощность распределить поровну между синфазными элементами, то ток /и в каждом из них должен составить 1/ т' Ж, а суммарная напряженность поля в направлении главного максимума возрастет в йг раз и Равна тт', что обеспечит /1=йг. Ход графика КНД на рис. 11.17 показывает, что зто предположение выполняется приближенно при больших г//Х (более 1,5 — 2,0) и точно в отдельных точках оси г//Х, когда шаг кратен й/2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
