Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 2 - 1977 г. (1151801), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Лиаграммы направленности в главных плоскостях (т. е. в плоскостях хг илн уг) идентичны. Лля диаграммы в плоскости хг в качестве аргумента используется величина (па з|п 0)/й, а в плоскости уг (пЬ з)п О)/й. Лиаграммы направленности имеют вид (тйп и)/и. В следующем параграфе сравниваются свойства поля при прямолинейной апертуре со свойствами поля при круглой апертуре с равномерным распределением поля облучения. Для анализа поля излучения круглых апертур удобнее использовать представление распределения поля по апертуре антенны в полярных координатах.
Если подставить $ = р соз Ф'! т) = р Ып /р' в соотношение для элементарной площади г/$02) = рара/р', то выражение (11) для поля примет вид Р(0) — ~~0()е/ее|пасет|то| / 6 о 'а 22 Теория дифракиии где а — радиус апертуры. Если введены переменные г = р/а и =(2ла з1п О)/к = (лВ з!и 0)Д, то (!4) можно переписать как хл > г (и, гр)=аз ~ ] 6(г, й>') е/зися''э в > гг(гбф'. о о (15) Для распределения поля по апертуре, ие зависящего от угла ф', ивтеграл (15) равен > Г (и) = 2лаз ] 6 (г),/я (и г> гг/г, (16) О где /, (иг) — функпия Бесселя первого рода вулеаого порядка Если 6 (г) =. 1.
то " Расстояние РЯ/>с получено при условии, что сдвиг фаз по оси не должен превышать л/4. 61 Р (и) — 2>таЯ/ (> Ди (! 7) Диаграмма направленности а>пенны по мощности в дальней зове (или интенсивность поля) пропорциональна квадрату амплитуды поля ]е" (и)]' и для главной плоскости при прямоугольной апертуре соответствует выражению ((з!п и)/и]я, а для круглой — (е> (и)/и]'. На рис.
4 приведены ДН для этих двух апертур, причем диаметр ируглой апертуры В равен длине стороны прямоугольной апертуры. Диаграммы направленности симметричны относительно оси и = О. Для круглой апертуры ширина главного лепестка диаграммы иа уровне половинной мощности равна 0в = агсз!п (1,029к/0) и соответствует значению аргумента и = 1,616, в то время как при прямоугольной апертуре ширина главного лепестка 08 = агсз!и (0,887к/В и соответствует и = 1,393. Для антенны с иглообразной диаграммой направленности Ып Оп - -0 . Для обеих апертур боковые лепестки уменьшаются при увеличении угла; в главной плоскости первый боковой лепесток на 13,2 дБ меньше основного лепестка для прямоугольной апертуры и на !7,5 дБ — для круглой. Ограничения, обусловленные аппроксимациями при вычислении интеграла дифракции. В предыдущем разделе ближняя зона Френеля и дальняя зона определены качественно, исходя из принятых при вычислении интеграла дифраиции приближений Кирхгофа †Френе.
Установлено, что поле дальней зоны находится на большом расстоянии от излучателя. Величина, равнан 20з/к (четырехкратвое релеевское расстояние — в соответствии с терминологией, часто применяемой в оптике), используется в теории антенн в качестве оценки минимального расстояния, для которого справедливо приближение для поля дальней зоны. Указанное граничное расстояние обусловлено требованием, чтобы при равномерном распределении поля по апертуре с максимальным линейным размером В различие в фазах на оси антенны в дальней зоне не превышало л/8 рад, или ь/16. В соответствии с этим условием дальняя зона простирается от границы, расположенной иа расстоянии 20Я/а относительно антенны, до бесконечности"'. Для эпертуры с максимальным размером 0 величина 5з + т)з в (8) не может превышать (В/2)'.
Если рассматривается только смещение по оси (х = у = О), то г = ]//(з + В'/4. Но при аппроксимации для эоны Френелн предполагается, что г = )с + Вэ/8/7, поэтому если различие между приближением и точным выражением не превышает з/16, то (/7 + Вз/8Р)— — ]//(з + ВЯ/4 = д/!6. Решение, полученное Хансеном (6], показывает, что /7 = (Р/2) (О/к)п~з (18) Гл. 2.
Теория апертурных олгенл Другая особенность выражения (7) — вто пренебрежение членом )!ге скобках, который предполагался малым по сравнению с й. Зтот член !/г опи. сывает неизлучаемую реактивную составляющую поля. Дла постоянной фазы на апертуре и дли точек, расположенных на оси антенны, й (соз (л, г)+ -)-'соз (л, а)) =22, так что величина !/г должна быть мала в сравнении с 2Д 4пг)ь Если предполагается, что реактивное поле на расстоянии )7 от й 667 6 7 4 6 6 йу п(щУ пбуш6 х Рнс.
С. д И в дальней зоне длв круглее н квадратной апертур, антенны ие может быть больше !% от излучаемого поля, то Я > 8)ь. Зто приводит х тому, что независимо от величины апертуры приближение Френеля нельзя использовать для определения полей на расстояниях, мень. ших 8)ьвз, Ра делен е на зоны, дла которых справедливы различные аппроксимании иитегрглз Френеля — Кирхгофа, иллюстрирует рис. 5.
Величина аперту- *' Для )( = 8Х интенсивность реактивного поля приблизительно иа 40 дБ меньше интенсивности поля излучении, Заметим, что для )с = ). зто отношение равно 22 дБ. 62 22 Теория дггг)грпкчнн 1г)7 дг/Ю 1 1 Л7)7 1ИЮ 2)4 рнг. З. Облагтн, где гирааедлнаы ирралнлынные выгнелевна еиалариеге днфрлршнеиггоге нныгрела длв'равноыернвгв раеиределеннв вола ве авергхре. максимальный размер)г, но нх можно распространить и на случай смещений в боновых направлениях относительно оси.
ДсЛи должно выполняться требование, чтобы все фазовые составляющие полн, создаваемого апертурой диаметром О, лежали в пределах п)8 рад при смещении относительно оси на Ве на расстоянии от аггтезгг~ы, равном )с, то для установления границ всех областей следует подставить 0 = Ое + Й в соотношрння, приведенные на рис. 5. Значение составляющей реактивного поля остается неизменным. Зона френслевского приближения становится все более важной для практики по мере появления больших антенн )по отношению к длине волны), Например, для антенны диапазона Х диаметром 36 и, используемой в РЛС Науа)асй велкчияа 20гУгс = 80 км, так что измерения диаграмм направленности для дальней зоны, выполняемые на обычных антенных полигонах, оназываются неприемлемыми Для определения характеристик антенн в дальней зоне используют несколько методов )6, 8, 9), включая метод, основанный на использовании аппрохсимации в зоне Френеля для вычисления полей на относительно малых расстояниях от апертуры.
Другим обстоятельством, требующим анализа ан~енн в области Френеля, является требование безопасности для персонала, работающего близко к РЛС с высоким уровнем мощностя (см, $ 9.7), или для своих объектов. находящихся на малых расстояниях, которые могут облучаться Характеристики поля антенн более подробно рассмотрены в работах ры выражена в длинах волн, а расстояние от антенны — чЕрез наибольший размер апертуры. Аппроксимация, относящаяся к зоне Френеля, имеет ограничения, обусловленные критерием, относящимся к определению реактивного поля. Результаты нельзя применить н антеннам с размерами, меиьшимн 2)с.
Это условие не противоречит тому, что общее выра>кение для интеграла применимо к антеннам, размеры которых, по крайней мере, больше д, Для антенн, имеющих размеры до 8)г справедливость приближения Френеля ограничииаегся величиной реантивного поля, в то время как для антенн с апертурой более 9Х основное значение имеет распределение фазы по апертуре. Эти результаты, строго говоря, относятся к точкам, расположенным на оси аитсипы, имеющей Гя. 2. Теория апертурных антени Мощность, нзлучаемая в едннячном пространственном угле в данном направлении, Р (9, ф! = (е!Р) Ыз )га)Р (6, йт) (а(2.
(19) Полная мощность Р, нзлучаемая апертурой, равна потоку мощности, про- ходящему через апертуру, м определяется ннтегрированнем нормальной со- ставляющей вектора Пойтннга. Таким образом, гехггз Г Ра= — ~ — ) ) )б(ф, т))Всоз(п, з)б4ЛЧ. ~р) (20) КНД в осевом нанравлевнн а соатветствмн л (2) равен ~б($, т)) есеЧ! Рч )х ~(б(~, Ч)!зосаЧ л У (21) где предполагается распределение фазы по апертуре А постоянным. Особый интерес представляет распрелеление поля по апертуре с постоянной амплитудой. В этом случае КНЛ ба = 4пА/Да. <221 В работах (1, !О! показано, что из всех распределений поля по апертуре с постоянной фазой наибольший КНД создает распределение с постоянной амплитудой. Таким образом, б, < 4пА1)а.
(23) 4~= т)а А=(бо/ба) А (24) В выРажении (5) для коэффвциента усиления антенны учтены все потери, от. носящиеся к антенне. Если ввести Чь то коэффнцнент усиления В =Ч~ бо = Ч( Ча бо (25) Общий коэффнциент эффективности антенны обозначим как тцЧ Распределение мощности но угловым воордннатам в дальней зоне. Днаграмма направленности антенны в дальней зоне характеризует относительную мощность, прнходящуюся наедяннцу площалн илн на еднннчный пространственный угол. Полную излучаемую мощность в некотором пространственном угле можно получить, интегрируя ДН по этому углу. Как показано в работе (2), для круглой апертуры при равномерном распределении поля часть общей излучаемой мощности, содержащейся в пространственном угле 3 (см.
рнс. 3), равна*' 1 — ееа (Ле мп 0) — l! (Фа ап 0). (29) " См, также рнс. ! 1 н формулу (74). Как отмечено в 42.1, КНД относится только к характеристикам самой антенны и не учитывает различные вилы потерь. Эффективная площадь антенны А, характеризует эффективность непользования апертуры антенны по сравнению с идеальной антенной имеющей равномерное распределение поля по апертуре н такую же плошадь апертуры, как удавной антенны. Эффектявная плошадь антенны 2.3.
Методы анализа антенн Из этого следует, что 47.6итй излученной мощности заключено в пределах главного лепестка ДН, определенной по уровню 3 дБ; 83,3% — во всем главном лепестке; 7,9% — в первом боковом лепестке; 2,8итй — во втором лепестке и т. д.
Распределение мощности прн квадратной апертуре с равномерным распределением поля можно найти, выполнив интегрирование в выражении (27) для которого в (11) даны удобные таблицы. В этом случае 52,2и мощности заключено в пределах главного лепестка ДН (на уровне 3 дБ) и 81,5з/и— во всем главном лепестке. 2.3. Методы анализа антенн где с (з) или 0 (т)) могут быть комплекснымн функциями, включающими амплитуду и фазу: 0 © ) 0 (3) ! е ! (29) Каждый интеграл и (28) эквивалентен интегралу, относящемуся к линейному излучателю в двух главных плоскостях прямоугольной апертуры. Рассмотрим только плоскость ф = О. Пренебрежем сомножителями, стоящими перед интегралом (11) Если и = (ио з!н В)/)! и х = (2/а) 3, интеграл (11) можно записать в виде ! и (и) ~ 0 (х) е!"' дх. — 1 (39) Выражение (30) — формула конечного преобразования Фурье.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
