Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Сфокусированный раскрыв. Если в амплитудно-фазовое распределение синфазного раскрыва ввести добавочный квадратичный фазовый сдвиг с опережением на краю раскрыва Фз=(1)М/(8)1»), где р=2п)Л, то главная часть фазовой поправки Френеля в промежуточной области — йр'(1 — соз' а)/(2Й) для точки наблюдения г= =-Рт на оси раскрыва окажется скомпенсированной и угловое распределение поля на этом расстоянии окажется точно таким же, как ДХ/ синфазного раскрыва в дальней зоне (это справедливо при сова<<!, т. е. для углов наблюдения О(15 —:2О'). В этом случае принято считать, что раскрыв сфокусирован в точку а=а и эта точка называется'фокусом раскрыва.
Для синфазного раскрыва точка фокуса находится в бесконечности. Фокусировка раскрыва часто используется при измерениях ДН антенн на уменьшенных расстояниях. В этом случае введением в раскрыв исследуемой антенны преднамеренных квадратичных фазовых искажений с опережением на краю раскрыва удается в десятки раз уменьшить расстояние, на котором угловое распределение поля повторяет форму центральной части ДН. В зеркальных и линзовых антеннах для осуществления фокусировки в нужную точку промежуточной области достаточно сдвинуть облучатель из фокуса вдоль оси раскрыва в сторону от зеркала или линзы. Сфокусированные раскрывы применяют также в радиолокации для повышения разрешающей способности при обнаружении целей, находящихся в промежуточной области раскрыва, в системах беспроводной передачи электромагнитной энергии на относительно небольшие расстояния, в установках для воздействия на различные объекты концентрированным электромагнитным излучением, при диагностике параметров диэлектриков и плазмы путем их «раднопросвечивания».
В многоэлементных антенных системах фокусировка осуществляется установкой надлежащих фазовых сдвигов возбуждения на входах отдельных излучателей, а также выбором формы поверхности, на которой располагаются излучатели. Хорошей электродинамической моделью сфокусированного раскрыва является отверстие больших электрических размеров в плоском экране 1, возбуждаемое сходящейся сферической волной 2 (рис. 12.15).
С позиций геометрической оптики вся излучаемая мощность сфокусированного раскрыва концентрируется в точке фокуса, а коническая поверхность, проходящая через фокус и края раскрыва, является резкой границей «света и тени». На самом деле резкой границы нет и электромагнитное излучение как бы «диффундирует» из области света в окружающее пространство. В районе фокуса область концентрации электромагнитного поля имеет конечные размеры и плотность потока мощности оказывается ограниченной. Для оценки степени концентрации электромагнитного поля сфокусированным раскрывом введем, следуя Б.
Г. Беляеву [14),специальную характеристику — границу основного потока мощности. Под основным потоком мощности (ОПМ) будем понимать ту часть излучаемой мощности, которая при г синфазном раскрыве переходит в глав- ный лепесток ДН. (Отношение ОПМ с к полной излучаемой мощности есть аьласть, всласть не что иное, как эффективность главр ного луча антенны 1 — Рщ где Ро — коэффициент рассеяния мощности в бо/ ьзььсть ковые ленестки.) Границей ОПМ на- 1 .
Фета зовем поверхность, охватывающую часть пространства, внутри которой заключен ОПМ. Для получения уних нереальной картины распределения ОПМ в пространстве, пригодной для ель сфокусиро раскрывов произвольного диаметра ванного раскрыва в виде отверстия в плоском экране ~)>>Х, целесообразно ввести нормированные цилиндрические координаты р«=2р/ь) и гь=г(4Чго/(рй)'1, где р=2п/Х, Ч'о †значен обобщенной угловой координаты Ч"= =0,5 ))ь)з)пб, соответствующее первому нулю излучения сннфазного раскрыва*.
При таком выборе координат радиус раскрыва приводится к единице, а угол нулевого излучения (т. е. полуширина главного лепестка по нулям) синфазного раскрыва оказывается равным 45' независимо от электрического размера раскрыва и вида амплитудного распределения. Стандартному. началу дальней зоны гхь=20з/). соответствУет ноРмиРованнаЯ кооРдина~а гьпь-б. В нормированных координатах рь, г' граница ОПМ для раскрыва круглой формы определяется аппроксимационной формулой ре (га) (О 9з)з (1 га/г„~з!з+(га)згз]о,з где г*г — точка фокуса. Положение границы ОПМ, даваемое этой формулой, является инвариантным к виду амплитудного распределения: от вида этого распределения зависит лишь относительное значение основного * для круглого снифазиого раскрыва с равномерным амплитудным распределением Ч'ь —— -3,83.
Прн спадающих амплитудных распределениях (1 — (2ргО) )" %,ж1 25(о+3), где 05(т~9. Эффективность главного луча составляет 0,838 при о=о; 0,983 при т= 1 и 0,997 при т=2. потока 1 — Рп. Вид границ ОПМ в нормированных координатах р . д* показан на рнс. 12.16. Единичный отрезок на оси р" представляет радиус раскрыва, а прямая линия, проведенная под углом 45' из начала координат, — направление нулевого излучения для синфазного раскрыва. Граница ОПМ синфазного раскрыва исходит нз точки раскрыва, близкой его краю, и плавно приближается к асимптотическому значению, определяемому углом нулевого излучения.
Участок ОПМ при з <2,5 иногда называют, по оптической аналогии, «прожекторным пучком» раскрыва. для сфокусированного Раскрыва гпзгугирпрахяыб граница ОПМ, начинаясь из той же ис- Р" дпггдьгд ходной точки на раскрыве, более кРУто гизпю- 6»" стремится к линии угла нулевого излу- бу ззгд чения, касаясь ее прн д=аэг, что соответствует выбранному положению фокуса. / Рг За фокусом граница ОПМ отходит ог линии нУлевого нзлУчениЯ, что соответст- йб Хг~ ' ЭУ 1 вует распзнренню главного лепестка углоного распределения поля на расстояниях, превышающих фокусное.
д йу х// угу наибольшее сжатие ОПМ сфокусированного раскрыва, соответствующее мини- Рис. 12лб. Диаграммы ос. ыуыу кривой на рис. 12.16, получается поеного потока мощности заметно ближе к раскрыву, чем точка круглого рзскрывз фокуса. Диаграммы границ ОПМ позволяют решать многие задачи по передаче мощности от одного раскрыва к другому, а также позволяют четко определять размеры опасной зоны с высоким уровнем электромагнитного излучения перед раскрывом передающей антенны. Пример.
Пусть задана точка наблюдения Р с коордиизтэми р», з». Зто может быть, изпример, край приемного рэскрывз, рзспозожеииого соосио передзющему рзскрыву. Требуется тзк подобрать рззмер передэющего рзскрывз, чтобы его грэиицз ОПМ проходила через точку Р (зто обеспечивает перехвзт ОПМ приемным рзскрывом зздзииого размера). Построим иэобрзжеиие точки Р из плоскости иормировэииых коордиизт: Ре'=2р»/В, хе* 4Ч'зг»/([)0з). Исключая из этих двух урзвиеиий размер передзющего рзскрывз, приходим к соотиошеиию, предстзвхяющему урэвиеиие параболы из ппоскости р*Оз': (р» )з=з»'[бр»1/(Чгзх»)[.
Следовательно, одна точка иэблюдеиия резпьиого пространства из плоскости нормированных коордиизт р*, и' прп переменном диаметре передающего рпскрыва «рзстягивэетси» в пзозболическую кривую, положеиие которой зависит от соотиошеиия коордиизт р»з/зг, длииы волны и типз змппитудиого распределения (учитывземого параметром Ч',). При увеличеиии дизметрз передающего рэскрывз изобрзжеиие точки изблюдеиив движется по параболе в сторону начала коордиизт. Нз рис. 12.16 показаны две параболы, соответствующие рззяпчиым точкам изблюдеиия. Парабола Р~ перссекзет тряпицу ОПМ иесфокусировзииого рзскрывз один рзз в промежугочиой зове и один рзз в дзльией зоне (зэ пределами поля рисунки).
Следовэтельио, дпя этого случая возможиы двэ решения зэдзчи с помощью сиифззиых рзскрывов рзэличиого рззмерэ. По-видимому, следует отдать прсдпочтеиие рзскрыву меньшего рззмсрз. дяя которого точка избяюдеиия изходится в дэльией зоне. Парабола Р, из рис. (2.16 ие имеет точек пересечеиин с граиицей ОПМ сиифазяого раскрыва. Повгому для сосредоточения мощности излучеиия передающего раскрыва в круге задавиого радиуса необходима 4юкусировка. Целесообразно выбрать такую точку фокуса, которой соответствует мииимальиый размер передающего раскрыаа.
Заметим, что фокусировка раскрыва возможна и на расстояния зв, гораздо меньшие нижнего предела применимости приближения Френеля гго = Р(4+ (О/Ц ггЮ/2. Прн этом следует помнить, что минимальный размер фокального пятна ограничен величиной примерно Ц2 (волноной предел оптики). Круг задач, решаемых с помощью диаграмм ОПМ, может быть расширен, если дополнительно учитывать усредненные параметры амплитудных н фазовых распределений поля в различных поперечных сечениях ОПМ (см. [14]). Глава 1З ВОПРОСЫ СИИТЕЗА ЛИНЕЙНЫХ АНТЕННЫХ СИСТЕМ $ ГЗЛ.
О ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА ИЗЛУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ Под задачей синтеза антенны понимают определение формы и размеров излучающей системы н нахождение распределения возбуждения в ней по заданным требованиям к форме ДН. Возможны следующие варианты постановки задачи синтеза антенны: 1) получение заданной формы ДН; 2) синтез излучающих систем с максимальным КНД илн с максимальным коэффициентом усиления; 3) оптимизация формы ДН. Рассмотрим эти задачи подробнее.
Получение заданной формы ДН. В этом классическом случае форма требуемой ДН задается в виде известной комплексной функции б(8, гр) и ищется распределение возбуждения 1 (х, у, г) в ограниченной области пространства, обеспечивающее ДН Г (8, гр), в некотором смысле близкую заданной функции. Наибольшее распространение имеют два критерия близости функций С (й, гр) н Г (В. гр): среднеквадратнческий и равномерный (чебышевский).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
