Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (1151801), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Из рис. ! или 2 видно, что ограниченная ширина главного лепестка ДН делает антенну устройством, чувствительным к угловому положению относительно цели. Степень этой чувствительности можно оценить шириной главного леяесщка ДН антенны или шириной луча. Главный лепесток является непрерывной функцией, и поэтому ширина главного лепестка (ширина луча антенны) чаще всего определяется между точками половинной мощности (на уровне ЗдБ) или между точками по уровню мощности в одну деситую (1О дЬ). Ширина бб 2.!.
Введение луча по точкам половинной мощности обычно является мерой разрешающей способности РДС. Считается, что две одинаковые цели масут быть разрешены по углу, если они смещены относительно друг друга на величину, равную ширине главного лепестка илн просто ширине ДН. Как следует из формулы (3), ширина ДН антенны обратно пропорцио. нальиа коэффициенту усиления или КНД.
Точнее, ширина ДН в данной плоскости обратно пропорциональна линейному размеру апертуры з этой плоскости. Она также зависит от распределения амплитуды и фазы по апертуре. Ширина ДН пропорциональна отношению Х к линейному размеру апертуры (т. е, Х!()) с коэффициентом пропорциональности, зависящим от распределе. ния электромагнитного поля по апертуре. Боковые лепестки ДН антенны. При проектировании антенной системы нельзя ие учитывать структуру области боковых лепестков ДН. Наличие бо. ковых лепестков приводит к ряду проблем, связанных с приемом помех.
Например, возможен прием мешающих отражений ог земной поверхности, маскирующих сигнал от воздушных целей с малой ЭПР, или прием излучении от источников, расположенных вблизи РЛС, таких как передатчики собственных других РЛС нли станции организованных помех. Зффективность системы селекции движущихся целей (СДЦ) в РЛС ухудшается при приеме мешающих отражений с направлений боковых лепестков Поляризации антенны. Поляризация антенны определяется направлением вектора электрического ноля, формируемого антенной, и может изменяться ва времени. В общем случае поляризацию излученного поля можно представить в виде линейно.поляркзованного поля для каждо~о момента времени, так как даже эллиптическую поляризацию поля антенны можно представить двумя линейно.поляризованными ортогональиыми волнами одной и той же частоты, распространяющимися в одном направлении.
В большинстве слу. чаев главные плоскости ДН антенны связывают с линейно-поляризованнымв составляющими электрического поля, которые имеют вертикальную и горизонтальную поляризацию. Соответственно ДН антенны определяется как в горизонтальной, зак и вертнкальяой плоскостях. В определении поляризации антенн СВЧ есть некоторая неопределенностгь возникающая из-за гого, что понятия, применяемые в радиотехнике, отличают я от понятий, используемых физиками.
Определение горизонтальной илн вертикальной поляризации без указания опорной плоскости может привести к ошибочным выводам. Например, в оптике направлением поляризации называют направление вектора магнитного поля При определении антенны с эллиптической поляризацией в радиотехнике рассматриваются вектор элентрического поля, вращающийся с частотой, равной частоте электромагнитного поля, причем поляризацией правого вращения называется вращение вектора электрического поля по часовой стрелке, если смотреть со стороны антенны по направлению излучения волны.
В физике определение вращения обратное. В последующих параграфах этой главы электрическое лоле рассматривается как скалярная величина, но необходимо помнить о векторной природе поля, которое характеризуется, в частности, поляризацией. Другие параметры антенн. Имеется ряд других параметров антенн, которые необходимо учитывать при проектировании антенных систем. Требования, связанные с регатой при высоких уровнях мощности, приводят к необходиМости выбирать конфигурацию проводников таким образом, чтобы взбежать высокочастотного пробоя.
Для антенн больших размеров при наличии механических деформаций необходимо детально учитывать факторы, приводящие к ошибкам при формировании ДН (см 5' 2.6) Необходимо также учитывать аффекты, близкие к механическим деформациям и обусловленные влиянием окружающей среды. Гл 2. Теорня ааертурн«тх антенн 2.2. 1еория дифрцкции Исторический очерн. О распределении света в непосредственной блнзо. сти к границе тени упоминается еще в работе Леонардо да Винчи около 500 лет назад.
Первое точное описание этого явления сделано яа !00 лет позднее в книге Франческо Мария Гримальди. Хотя Роберт Гук впервые привел доводы в пользу того, что свет представляет собой пение быстрые колебания, Христиан Гюйгенс был первым, кто обосновал, что свет по своей природе представляет собой скорее волновое движение, чем корпускулярное. Август Френель создал волновую теорию света.
Ои был первым, кто, используя понятие интерференции, объяснил явление, известное под названием дифракцин. В !882 г. Густав Кирхгоф развил работу Френеля, используя аналити- ческие методы. С этого''времени нвх ление днфракцни электромагнйтных р( 1 колебаний стало Обзектом 'строгого теоретического рассмотрения' 'Краткую историю развития теории днфракции'можно Найти в работе (2), !у(г л р, подробнее йна описана в работе (3). " В теории Кнрхгофа предпола-' х гается, что неизвестное распределение света на границе можно заменить некоторым простым приближенным У' распределением, для которого нет необходимости учитывать истинные в««. з.
к ««э«я«««««м ««аа«а««т« а«ева - граничные условна. С точки зрения ««««««т« ««««. современной электромагяитяой тео- рии такое допущение представляется неудовлетворительным. Однако с увеличением апертуры '(по'отношению я длине волны) такое допущение становится все более справедливым (4), например, длв большинства радиолокационных антенн. Зтот краткий исторический очерк приведен для того, чтобы наказать читателю, что основы теории, используемой для установления соотношений между распределением поля по апертуре антеяиы н ее ДН в дальней зоне, с точки зреяия электромагнитной теория не являются вполне строгимн. Баракат Щ, перефразировав замечание Пуанкаре, сказал о нерешенных проблемах теория анфракции: «Теоретики верят в теорию Кнрхгофа, поскольку онн считают ее экспериментальным фактом, в то время кан экспериментаторы аумают что она является математической теоремой« Днфракцня Френеля в формулировке Кирхгофа.
В данном разлеле ука. заны условии н приведены соотношения, с помощью которых ДН антенны можно найти по распределению поля на апертуре антенны, считая поле скалярным. Результаты анализа применяются для определения ДН антенны как для электрического, так и магнитного поля антенны. Диаграмму направленности по мощности находят с помощью вектора Пойнтннга при условии, что мощность пропорциональна квадрату амплитуды поля, определяемого дифракционныч интегралом Френеля — Кнрхгофа.
Пусть распределение поля в плосностн апертуры будет С (ч, ть О) = = С ($, т() (рис. 3). Результирующее поле той же поляризации а точке Р (х, у„г) обозначается скалярным полем Р (Р) н находится путем интегрированна элементарных излучающих элементов на площадке е(йе(т) по всей апертуре 5, Скалярное поле дифракцни Френеля — Кнрхгофа выражается уравне. ннем (1, 2) Р(Р)= — ~ С(2, е)) — ) ( (Л+ — 11 соз(п, г)-) )зсоз(л, з)~е(" ат), (7) 2.2..
Творил дифрахции где (л, г) — угол между нормалью к плоскости апертуры и направлением г, а (л, з) — угол между той же нормалью и вектором Пойитинга поля на апертуре. Почти для всех распределений поля по апертуре, при которых энергия концентрируется вдоль оси х, угол (и, з) очень близок к нулю, так что соз (л, з) = 1. Параметр й=2п/ь=ю/с, где й — длина волны: ю — круговая частота излучения; с — скорость распространения электромагнитного поля. Интеграл (7) обычно не вычисляется. Поле дифракции, описываемое выражением (7) разделяют на три зоны в соответствии с математической аппроксимацией, используемой для решвния задачи.
Хотя зоны имеют различную структуру, нельзя считать, что существует граница между ними, где наблюластся резкое изменение струнтуры поля. Три зоны определяются следующим образом*'. ! Ближняя зона находится в непосредственной близости н апертуре. При нитегрнррвании (7) аппроксимация не прнменяегся. Действительно, для точек; расположенных столь близко к апертуре, интеграл оказывается лишь приближенным, так кан не учтены граничные условия. 2.
Зона Френеля простирается от границы ближней зоны до расстояния 2/зз/л, где 0 — максимальный линейный размер апертуры'". 3. Дальняя зона (зона Фраунгофера) имеет протяженность от 2/)з/й до бесконечности. При интегрировании для получения поля в зоне Френеля используются следующие упрощения: а) членом 1/г в круглых скобках выражения (7) можно пренебречь по сравнению с й = 2п/Д; б) соз (л, г) = соз (л, /7) = соз О, где 0 — угол между направлением в точку, где определяется поле, и осью г (рис.
3); В) соз (л, 3) 1; г), множитечь !/г, стоящий, перед скобками, приближенно равен !//7; д) величина г в фазовом множителе ехр ( — /йг) аппрокснмируетсн линейным и квадратичным членами: г=' ((х — $)'+ (у — т!)'+ аз) ж х+ ((х $)з +. (у — т))з)/йх. (8! Таким образом, в.зоне Френеля выражение для распределения скалярного поля в.декартовых координатах. принимает внд /(!+соз0) е /ах ( Р(Р)= 2Д /7 .) — ! 6(й 0)Х Х ехр — /д ' 1 с(ьс/Ч (х-.з)з+(у — т))з 1 27 (9) х = /7 з!п 0 соз сэ = /(а; у = /7 ып 0 гйп ~р = /70; х = /7 соз 0 '> Хансен [6) предложил называть эти три зовы соответственно зоной реактивного ближнего поля, ближней зоной излучения и дальней зоной излучения. Поле в ближней зоне излучения зависит как от направления, так и от расстояния до антенны, в то время как поле в дальней зоне излучения зависит только от направления наблюдения.
'*' Верхняя граница зоны иногда определяется величиной ()з/х. На такси расстоянии ширина диаграммы направленности на уровне 3 дБ равна длине апертуры при равномерном распределении поля по апертуре антенны. йй Для вычисления скалярного поля в сферичесних координатах в обозначенняк Сильвера (1) используется подстановка Гл. 2. Теория апертурных антенн в точное выражение для г в (8).
После преобразования получим |(!+сов 0) е р(р) =- 2)п )1 — б (С, т!) ехр (Ь (аз+)Зт))— (Чз+2)з) — (ав+!)т)) )) )~4Щ, (1О) где координаты точек по апертуре антенны записаны в декартовой системе. Выражение (О', удобно, когда поле определяется в плоскости г = сопз1, в то время как формула (10) предпочтительна для определения поля в зоне Френеля по поверхности постоянного радиуса. При нахождении поля в дальней зоне используются следующие упрощения: 1. В разложении г (8) учитывается только первый член (линейный). 2.
Поле рассматривается только вблизи оси антенны, так что 1+соз 0 =2, Выражение для скалярного поля, определяемое интегралом (10), принимает вид Г(р)= — е / л ~ 0($, г|)ехр((де(пО(ясов/р+т)з!пф)) /(ьп(Ч, (11) ) /ай (" ),/! где для и и )) сделаны соответствующие подстановки. Для прямоугольной апертуры с равномерным распределением амплитуды и фазы поля облучения переменные в интеграле (1!) можно разделить. Если размеры апертуры равны а и Ь, а 6 (я, т)) = 1, то формула для скалярного поля принимает вид и/2 Ь/2 Еп Г (О,р) " е — /пн е|п1 ып и спп о лпп е/ач мп в з1п в д,)2 — й/2 Ь'/2 Интеграл легко вычисляется в виде яп ((па/А) яп 0 сов /р) яп )(ЛЬ/й) яп О з!и /р] Г(0, /р)=- ...(18) (яа/)с) з|п 0 соз /р (ггЬ/)) з!п 0 и!п у Лругие сомножители не учитывают, так кан они не влияют на зависимость поля в дальней зоне от направления наблюдения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
