Шостак А.С. Антенны и устройства СВЧ. Часть 2. Антенны (2012) (1095849), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Pmax  pS ЭФ (4.24) найдем2SЭФ D.4( 4.25)Параметр S ЭФ называют эффективной поверхностью приемной антенны. А выражение (4.25) является одним из фундаментальных соотношений, связывающих КНД антенны в режиме передачи и ее эффективнуюповерхность в режиме приема. Эффективная поверхность апертурных ан-85тенн, тесно связана с величиной геометрической поверхности их раскрыва Sизвестным соотношением S ЭФ  Sv, где v - коэффициент использования поверхности. Учитывая, что для антенн с синфазным распределением поля в раскрыве v  1 , получаем: эффективная поверхность антенн не превышает поверхности раскрыва и равна ей при v = 1, что достигается только при равномерном амплитудном распределении поля в раскрыве антенны.4.3Антенна как пассивный рассеивательВ режиме приема антенна, наряду с мощностью, передаваемой в нагрузку, рассеивает часть падающей мощности обратно в окружающее антенну пространство и с этих позиций является некоторым пассивным рассеивателем,имеющим вполне определенную радиолокационную заметность (активнымрассеивателем можно считать передающую антенну в момент работы передающего устройства).Полную мощность, рассеиваемую приемной антенной, и ее распределение в пространство нельзя определить только через характеристики и параметры антенн в режиме передачи.

Формально это связано с тем, что распределение тока в антенне в режиме приема отличается от распределения тока в режиме передачи и не выражается друг через друга. Это обусловлено различиемв системе возбуждения антенны в обоих режимах. Если в режиме передачивозбуждение сторонними источниками осуществляется в некоторой ограниченной областью антенны, то в режиме приема сторонние источники (вешнеепадающее поле) распределены по всей ее поверхности [1].Приемная антенна является диссипативным рассеивателем, так какчасть мощности падающего на антенну поля поглощается в нагрузке приемной антенны. Поэтому для приемной антенны как диссипативного рассеивателя имеет место фундаментальное соотношение между полной мощностьюпоглощения (в нагрузке) РH и мощностью рассеяния РРАС:PPAC  PH .( 4.26)Знак равенства в соотношении (4.26) справедлив лишь при условии, чтоповерхность антенны является поверхностью абсолютно «черного» типа, т.е.вся мощность, заключенная в части поверхности фронта падающей волны,совпадающей с геометрической поверхностью апертуры антенны, поглощаетсяеё нагрузкой.

Другими словами, сумма всех составляющих рассеянного полядолжна быть равна нулю. Из соотношения (4.26) также следует, что приемнаяантенна может обладать нулевым рассеянием только при условии чисто реактивной нагрузки, когда РН = 0 . При наличии активной составляющейнагрузки на входе приемной антенны последняя не может быть полностью радиолокационно невидимой.864.4Параметры электромагнитной совместимости антеннЛюбая приемная антенна наряду с полезным сигналом принимает мешающие сигналы соседних радиотехнических систем. Прием мешающих сигналов может привести к нарушению работы той или иной радиосистемы,находящейся в поле излучения соседних радиосистем. При этом говорят, чтоэлектромагнитная совместимость (ЭМС) таких радиосистем не обеспечена.Одним из основных каналов передачи и приема мешающих сигналов соседнихрадиосистем является канал передающая антенна одной радиосистемы - окружающее пространство - приемная антенна другой радиосистемы.

Поэтому дляоценки электромагнитной совместимости соседних радиотехнических систем(РТС) необходимо уметь рассчитывать мощность сигнала, приходящего совхода передающей антенны одной радиосистемы на вход приемной антенныдругой радиосистемы на некоторой произвольной частоте f , лежащей в интервале 0,2f0 – 5f0, где f0 - рабочая частота радиосистемы, для которой анализируется электромагнитная совместимость с соседними радиосистемами. Полагая,что каждая из рассматриваемых антенн по частоте f имеет один вход, а самиантенны и окружающее их пространство линейны, находим очевидную линейную зависимость между мощностью Р1 на входе передающей антенны и мощностью Р2 на входе приемной антенны:( 4.27)P2  f     f  P1  f .Коэффициент   f  называют коэффициентом связи двух антенн начастоте f .

Этот параметр является одним из основных при анализе электромагнитной совместимости двух РТС. Если антенны соседних РТС расположены в дальней зоне на расстоянии r друг от друга, то плотность потока мощности передающей антенны в месте расположения приемной антенны2P( 4.28)P2  M 2   1 2 G1 F1  M 2  .4 rгде G1 - коэффициент усиления передающей антенны в направлении максимума диаграммы направленности; F  M 2  - значение нормированной диаграммынаправленности передающей антенны в направлении на приемную антенну.Используя соотношения (4.27), (4.28), получаем выражение для коэффициента связи антенн:22   ( 4.29) G1  M 2  G2  M 1   , 4 r гдеG1  M 2   G1 F1  M 2  ; G2  M 1   G2 F2  M 1 22( 4.30)- соответственно коэффициенты усиления передающей и приемной антенн внаправлении друг на друга.Таким образом, коэффициент связи антенн рассчитывают через их характеристики направленности.

Особенность заключается в том, что эти харак-87теристики должны быть известны в широкой, в том числе и нерабочей, полосечастот.Выражение (4.30) показывает возможные пути обеспечения ЭМС РТС засчет уменьшения коэффициента связи их антенн, а именно: увеличение расстояния между антеннами (способ очевидный, но далеко не всегда приемлемый); уменьшение коэффициента усиления каждой из антенн в заданной полосе частот в направлении на другую антенну, в частности, с помощью формирования провалов в диаграммах направленности антенн в указанных направлениях или установки экранов между антеннами; применение поляризационно-развязанных антенн; использование резонансного согласования антенн сфидерной линией на рабочей частоте, что приводит к резкому рассогласованию, а следовательно, и падению коэффициента усиления антенн на нерабочихчастотах; применение фидерных линий с большой постоянной затухания нанерабочих частотах.Вообще с позиции обеспечения ЭМС при разработке антенно-фидерныхустройств важно обеспечить не только «хорошие» характеристики в требуемой рабочей полосе частот РТС, но и «плохие» характеристики за пределамиэтой полосы.Если антенны расположены на произвольном расстоянии друг от друга,в частности, в промежуточной или ближней зоне, то коэффициент связи антенн определяется через их поле излучения в режиме передачи:1  Г 1  Г    E H    E H 21 2222S16 PПАД 1PПАД 2112.( 4.31)Здесь через E1, H1, E2 , H2 обозначены электрическое и магнитное поля первойи второй антенн в произвольной точке на поверхности S при подаче на входкаждой из антенн в режиме передачи мощностей РПАД 1 и РПАД 2; Г1, Г2 - коэффициенты отражения от входов этих антенн.

При этом поле одной из антенн,например E1, H1 и коэффициент отражения от ее входа Г1 находятся в присутствии второй антенны, т.е. учитывается реакция второй антенны, как пассивного рассеивателя на поле излучения первой антенны. Поле E2 , H 2 второй антенны может существовать как в присутствии, так и в отсутствие первой антенны. Поверхность S - произвольная замкнутая, охватывающая либо толькопервую, либо только вторую антенну.При расчете полей E1, H1, E2 , H2 , входящих в соотношение (4.31), требуется решение соответствующей задачи возбуждения антенн в режиме передачи. Эта задача, как правило, хорошо разрешима для антенн, работающих наосновной (рабочей) частоте.

Для нерабочих частот поля излучения известнылишь для простейших типов антенн (вибраторных, щелевых, в виде открытыхконцов волноводов и др.). Поэтому, несмотря на относительную простоту со-88отношения (4.31), пользование им требует существенного развития методов иалгоритмов расчета полей излучения антенн на нерабочих частотах.Для слабонаправленных и других типов антенн, для которых известновзаимное сопротивление Z12 между первой и второй антеннами, коэффициентсвязи24 Z12 Re Z HW1  f ,( 4.32) Z11  W1  Z 22  Z H   Z122где Z11, Z22 - входные сопротивления первой и второй уединенных антенн; W1 волновое сопротивление фидерной линии первой антенны; ZH - сопротивлениенагрузки, включенное непосредственно на вход второй антенны.Более подробные сведения о методах расчета коэффициента связи междуантеннами в широкой полосе частот можно найти в [1,2].895 СЛАБОНАПРАВЛЕННЫЕ АНТЕННЫХарактеристики антенн с учетом влияния проводящей земнойповерхности или летательного аппарата.

Метод зеркальных изображений5.1При расположении антенны вблизи земной поверхности или металлического экрана, имеющего в общем случае произвольную форму (обшивка летательного аппарата (ЛА) или корабля), часть поля антенны попадает на эту поверхность (рис. 5.1,а). В результате в земле и близкорасположенных металлических телах возникают токипроводимости и смещения(вторичные токи). Эти токисоздают свое (вторичное) поле, которое связано с первичным через граничные условия на земной поверхностиили экране.

Влияние, оказываемое вторичным полем нахарактеристики антенны, ничем качественно не отличаются от влияния рядом размещенной антенны, и качественный характер этого влияния остается одинаковымкак для земли, так и для металлического экрана.Поскольку граничныеРисунок 5.1 – Влияние экрана на харакусловия для металлическойтеристики антенны:поверхности записываютсязначительно проще, чем для а) – расположение вибратора над металлическим экраном;реальной (полупроводящей)б) – ход лучей от антенны и ее зеркальземной поверхности, расного изображениясмотрение начнем с идеальноотражающего экрана, воспользовавшись методом зеркального изображения.Согласно этому методу источник радиоизлучения, расположенный надбесконечно протяженной и идеально проводящей плоскостью, создает в освещенном полупространстве такое же поле, какое создали бы два источника излучения, помещенные в свободное пространство, один из которых представля-90ет собой реальную антенну, а второй - ее зеркальное изображение в экране.Зеркальный источник располагается при этом на продолжении нормали к поверхности на расстоянии, равном высоте подвеса h реальной антенны (рис.5.1,б).

Характеристики

Список файлов книги