Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Рнс. 14.!з. профиль нн. Во втором случае — токовый метод анаолнчноной антенны расчета — освещенная часть поверхности :.совпадает с поверхностью параболоида, поэтому эквивалентные поверхностные магнитные токи на этой поверхности равны нулю, а поверхностные электрические токи являются физическими тока-ми, текущими по освещенной стороне параболоида, Электрический .поверхностный ток приближенно определяется как удвоенное зна- чение касательной к поверхности составляющей вектора напряжен",ности магнитного поля падающей от облучателя волны. Распре- деление амплитуд и фаз наводимых токов в этом случае является 'более сложной функцией координат, чем в первом случае, и, кроме того, направление токов меняется от точки к точке на поверх.,ности параболоида.
Оба способа расчета излучения параболической антенны не яв,-ляются строгими, поскольку распределение поверхностных токов :Определяется приближенно. Однако апертурный метод менее то- Чен, так как приближение геометрической оптики, в рамках кото':.Рой определяется амплитудно-фазовое распределение возбуждения ,:,:в раскрыве, справедливо лишь при Х-ьО и, следовательно, этот спо:,:Жб может использоваться, если диаметр зеркала удовлетворяет :;Условию 0,»Х. Токовый метод точнее, однако он сложнее перво:.;:,Ъ!.
В последнее время для расчета излучения зеркальных антенн ::!Успешно разрабатываются более строгие подходы, например на ос!!Нове методов так называемой геометрической теории дифракции, :"'-.':;позволяющие определять с хорошей точностью форму ДН не только „::;в области главного лепестка, но и в области бокового и заднего излучения. Зги подходы используются в вычислительных программах, входящих в интенсивно развивающуюся систему автоматизированного проектирования антенных устройств.
Рассмотрим картину распределения токов. наводимых облучателем на освещенной стороне параболоида вращения. Пусть облучатель представляег собой электрический вибратор, направленный вдоль оси х, с плоским контррефлектором в виде диска (рис. !4.12,а), Вектор напряженности магнитного поля расположен Рис. 14д4. Рвсиределеиие иоверхиостиых токов в рвскрыве пврвоовоида врвщеиия в плоскости уОз и на поверхности параболоида В(0, тр)— Р(0, <р) ехр ( — 1()р),./р(0), где г (О, тр) — ДН облучателя в сферической системе координат с центром в фокусе параболоида. Вектор плотносгн поверхностного электрического тока )в=[В, и) и так как вектор единичной нормали к поверхности параболоида имеет все три составляющие, то и вектор поверхностной плотности тока имеет три составляющие: хив, 1вв, .) '. Соответсгвующая картина распределения электрического тока, спроецированная на плоскость хОу, показана на рис.
14.14,а. Составляющие тока во всех четырех квадрантах сохраняюг общую вертикальную ориентацию, однако относительно небольшие горизонтальные составляющие меняют направление от квадранта к квадранту. Для облучателя в виде магнитного вибратора с вертикальной поляризацией вектора Е (это может быть параллельная оси у полуволновая щель в небольшом экране) картина распределения токов на зеркале имеет несколько иную структуру (рис. 14.14, б), однако н здесь горизонтальные составляющие тока меняют направления в соседних квадрантах. В двух главных плоскостях хОл и уО» ДН параболической антенны определяются излучением вертикальных составляющих токов 1; а излучение составляющих токов увв в этих плоскостях будет взаимно скомпенсировано.
Поляризации изл чаемого поля в главных плоскостях оказывается линейной вертикальной. В других плоскостях, проходящих через ось г, добавляется излучение составляющих токов /„о и вследствие этого появляется паразитная горизонтальная поляризация излучаемого поля. Суммарное поле оказывается зллиптически поляризованным. Присутствие паразитиой горизонтальной кроссполярнзации вызывает уменьшение общего КИП антенны.
Уровень кроссполяризации тем меньше, чем больше отношение //()„т. е. чем длиннофокуснее параболоид. О выборе параметров параболической антенны. При расчете параболической антенны апертурным методом обычно предполагают, что ДН облу.отеля Р(8) обладает симметрией вращения относительно оси зеркала. По известной ДН облучателя находят амплитудное распределение в раскрыве с помощью формул / (0) = Р (6)/о (0) = Р (6) (1+ соз 0)/(2у), з(п В=К/0(6)=а(1+.
з 6)/(2/). Здесь й- — радиальная координата в плоскости раскрыва, 8 — угол между осьЮ параболоида и направлением из фокуса в текущую точку отражения на параболоиде (см. рис. 14.13). Найденное амплитудное распределение аппроксимируют формулой (12.12), т. е. находят подходящие значения показателя степени и и величины (1 — Л) — уровня поля на краю раскрыва. Последующие вычисления ' с помощью формул (12.13) и их анализ позволяют определить ширину луча антенны и уровень боковых лепестков.
Апертурный К,о „ учитывающий неравномерность амплитудного распределения, определяют по формуле (12.8) или по таблице апергурных распределений из справочника. Выполняя несложное интегрирование, можно также определить зффективность облучателя К,о т. е.
долю его мощности излучения, попадающую на зеркало: о и К„„„, = ~ Р'(В) з(и 6 86/ ~ Р'(В) з(п 6 д6 <" 1. (14.! 0) о о Этой величиной учитывается бесполезная потеря мощности облучателя за счет «переливания» ее через края зеркала. Найденные значения параметров антенной системы оказыва.;1отся зависящими от относительного фокусного расстоянии //О„ .;т е. от угла раскрыва зеркала 28 м Характерный вид зависимо'Стей Кип а и Коо ооо от //()о п~каз~н на рис. 14.15 ш~риховой линией, :.сплошной линией показано их произведение, г.
е, результирующий ;:.1(ИП. Видно, что при заданном облучателе существует оптималь:,(ное значение относительного фокусного расстояния (//()о)орь прн ьнотором достигается максимум результирующего КИП. При малых 1/(7. К нн -1, однако ДН облучателя оказывается узкой по сравнению с углом раскрыва зеркала и результирующий КИП падаег из-за слишком неравномерного амплитудного распределения (недооблучение краев зеркала).
Если 90, велико, амплитудное распределение выравнивается и К„„растет, однако лишь часть мощности облучателя перехватывается зеркалом и формирует нужную ДН, а остальная мощность расходуется бесполезно и лишь увеличивает коэффициент рассеяния антенны. Расчетами установлено, что при облучателе в энде полуволнового вибратора с контррефлектором Д,/Вн)нр1=0,38, причем урон вень возбуждения на краю раскрыва в Ий оптимальном случае составляет прива — — —.= — мерно 0,33 (или — 10 дБ) относительно елим ~' ~ я~~а середины раскрыва. Результирующий КИП при этом равен 0,83.
Если ДН му ~ ..., ° у ь,. нна пюй~ тора с контррефлектором, то оптимальное значение (Д77,)„р1 возрастает. Наоборот, для облучателей с более широд ьщ1,, дн, кой ДН требуется более короткофо- кусное зеркало. Ориентировочно можрнс. Ы.15. Знннснмость но считать, что оптимальнмй уровень КиП от Фокусного расстоя- облучения краев зеркала должен соння ставлять примерно †дБ относи- тельно середины раскрыва. Ширина луча (в градусах) оценивается формулой Л О= (65 †: 70)Х/Вн, а уровень первого бокового лепестка равен примерно †(22 — 24) дБ.
Рассмотренный способ приближенного расчета применяется на этапе эскизного проектирования недорогих зеркальных антенн небольших размеров (11,ж2 —:3 м на сантиметровых волнах). В этом случае~небольшая потеря КИП из-за неоптимальности конструкции облучателя легко компенсируется некоторым увеличением размеров раскрыва. Однако стоимость изготовления зеркал больших размеров при возрастании диаметра очень быстро увеличивается, обычно пропорционально второй степени диаметра и даже быстрее. Поэтому для крупной зеркальной антенны вопрос получении максимального КИП приобретает особую важность.
В этом случае оптимизация всей конструкции зеркальной антенны н ее облучателя должна производиться на основании более точных расчетов с учетом возможно большего числа факторов. Как правило, ДН облучателя должна синтезнроваться специальным образом для обеспечения наибольшего значения общего КИП антенны. Перечислим наиболее важные факторы, влияющие на общий КИП зеркальной антенны, а также на ее шумовую температуру (через коэффициент рассеяния мощности в боковые лепестки ДН): 1. Вид амплитудного распределения в раскрыве и соответствующий К 2.
Эффективность облучателя Кипоал определяемая формулой (14.! О) . 3. Затенение части поверхности раскрыва облучателем и поддерживающими его конструкциями. Затенение учитывается введением множителя К,, = (5 — 5~) /Я, где Я вЂ” общая площадь раскрыва; 3 — площадь, заслоняемая облучателем и поддерживающими элементами. Затенение ведет 'к росту коэффициента рассеяния и, следовательно, увеличивает шумовую температуру антенны. 4. Ответвление электрических токов на теневую поверхность зеркала, приводящее к росгу дальних боковых лепестков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
