sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Угловая зависимость р (В, р)=П,(О, в)он..„(й„р,), т. е, нацпем границу дальней зоны. Основное упрощение, которое нами использовалось, заключается в замене точного выражения г=(Рз+Р" — 2РЙ'сова)'гз приближенным гтрк — Й'созо. Возникающая из-за этого фазовая ошибка в показателе подынгегральной экспоненты в (7.1) с учетом разложения (7.3) оказывается приближенно равной (К" з)пз а)/(2Я. Так как максимальное значение )1' составляет примерно половину наибольшего размера излучающей системы 0 (рис. 7.3), то наибольшая фазовая ошибка может составить р))з/(йй).
Полагая допустимую фазов„ю ошибку равной и/8 (т. е. 22,5'), после несложных преобразований получаем искомую оценку расстояния до ближней границы дальней зоны )1 271з/Х. При увеличении размера излучающей системы в длинах волн граница дальней зоны быстро отодвигается. Если 1)/Х= 10, то дальняя зона начинается с расстояний Я)2001, а при Х>/Х= 100 начало дальней зоны соответствует расстоянию 200001. Так как диаграммы направленности (ДН) антенн определяют угловую зависимость полей излучения именно в дальней зоне, то вгзполнспяе условия Р)2Ю/Х является важным требованием при экспериментальном снятии ДН с помощью пробной приемной антенны, перемещаемой по сферической поверхности вокруг исследуемой антенны. При расстояниях Р(21)з/) дальняя зона излучающей системы плавно переходит в промежуточную область, иногда называемую областью Френеля.
При расчете полей излучающих систем в промежуточной области делаются следующие упрощения: 1. Как и в случае дальней зоны, величина г в знаменателе подынтегрального выражения (7.1) принимается приближенно равной /7 и выносится из-под знака интеграла. 2. В показателе экспоненты подынтегральной функции в (7.1) принимается г = /г — Я' соз а+У~' 11 — созэа)/(2/г), что соответствуег отбрасыванию в степенном ряду (7.3) членов выше второй степени.
Функция ехр( — /()/7), ие зависящая от координат источников. выносится из-под интеграла. Таким образом, в промежуточной области векторные потенциалы определяются по формуле е — узл л Ф А'"(/З, а, у)= е,)'м(Х' у', а')Егми .— Я М вЂ” "ИзЯПЩ/ 4к11 (7. 10) где разность хода )7'сова по-прежнему определяется формулой (7.4) . 3. При выполнении операций пространственного дифференцирования по формулам (П.4) отбрасываются все члены, имеющие радиальную зависимость 1Яз и 1/Р, аналогично тому, как это делалось при вычислении полей дальней зоны. Следовательно, ком- поненты векторов поля Е и Н в промежуточной области могут быть найдены по формулам (7.6) с заменой в них векторных потенциалов А '" на векторные потенциалы Аф'р, .
Сформулированные ранее выводы о поперечном характере дальнего поля н о его локальном подобии плоской электромагнитной волне в окрестности любой точки наблюдения сохраняются и в промежуточной области. Однако зависимость поля от расстояния уже не имеет характера сферической волны ехр( — /р/7)/й, так как расстояние /7 дополнительно входит в показатель степени подынтегральной экспоненты в (7.10).
Расчеты показывают, что из-за этого в промежуточной области на монотонное убывание полк по закону !//7 накладывается осциллнрующее затухающее колебание. Угловое распределение составляющих векторов поля оказывается зависящим от расстояния /7, т. е. ДН излучающей системы в промежуточной области искажаются тем сильнее, чем меньше /7. Анализ точности приближения промежуточной зоны показывает, что расстояние /7 должно находиться в пределах где Р— максимальный размер излучающей системы.
Величина Р/4 в левой части неравенства играет роль только для очень малых антенн н учитывает амплитудную ошибку, возникающую в связи с заменой !/г на 1/И с последующим вынесением 1//7 из-под знака интеграла (в 7.1). При Р=!О Х промежуточная область охватывает пределы 13,5 Х(/7(200 Х. С увеличением размера антенны промежуточная область расширяется и при Р=)ООХ охватывает расстояния от 250 1 до 20 ОООХ. Более строгое рассмотрение показывает, что границы промежуточной и дальней областей излучающей системы зависят не только от расстояния /7, но н от углов наблюдения. Эти границы зависят также от формы излучающей системы антенны н характера распределения токов .1э "(х', у', з'). На расстояниях, меньших нижней границы промежуточной области, располагается ближняя эона излучающей системы.
В этой области электромагнитное поле имеет сложный характер и при его расчете необходимо пользоваться строгими операторами (7.2). В ближней зоне в общем случае присутствуют все компоненты поля, зависимость поля от расстояния /7 носит нерегулярный характер, вектор Пойнтинга становится комплексным и по направлению может не совпадать с радиусом-вектором Й. В ближней зоне излучающей системы сосредоточивается некоторый запас электромагнитной энергии, как правило, затрудняющий хорошее согласование входа антенны в широкой полосе частот.
й 74. ВЕКТОРНАЯ КОМПЛЕКСНАЯ ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ По аналогии с полем днполя Герца [см. выражения (П.12а)1 электромагнитное поле произвольной антенны в дальней зоне можно представить выражением Е= (л'.,/(21)) /лЬ„Р (6, о) е — 1ЭЯ/К, (7. 11) где!лл — комплексная амплитуда электрического тока в выбранной точке А излучающей системы (обычно в максимуме распределения или иа входе); 2С=((и,/е~)иэ — характеристическое сопротивление среды; А — длина волны в среде; Ьд — коэффициент пропорциональности, называемый действующей длиной антенны.
Входящая в (7.11) комплексная венюрная нормированная диаграмма направленности Р(0, Ч~) характеризует угловое распределение поля, а также его полярнзациониые н фазовые свойства. Прн задании этой важнейшей характеристики антенны следует обязательно оговаривать положение начала координат, относительно которого ведется отсчет разности фаз. В самом общем случае функция Г(0, Ч~) состоит из произведения трех сомножителей Г(В, Р)=Р(Е, Р) Р(В, Р)е~ и >, (7.12) описывающих соответственно амплитудную, поляризационную и фазовую структуры поля дальней зоны антенны.
рассмотрим последовательно сомиожигели выражения (7.12). Амплитудная диаграмма направленности по полю г" (О, ф). Эта вещественная положительная функция нормируется таким образом, что тахт" (О, ~р) =1. Очевидно, что квадрат гэ(0, ~Р) совпадает с нормированным угловым распределением вектора Пойнтинга, определенным соотношением (7.9). Амплитудная ДН антенны может быть получена как расчетным, так и экспериментальным путем. Для ее наглядного представления привлекают различные способы графического изображения, Прн этом пользуются представлением об амплитудной ДН как о поверхности, соединяющей концы радиальных векторов, исходящих из начала координат и имеющих в каждом направлении длину, равную в заданном масштабе значению функции г(0, ~Р).
Наиболее часто встречаются тороидальные, игольчатые, веерные и косекансные диаграммы направленности. Характерной особенностью тороидальной ДН (рнс. 7.4, а) является почти равномерное излучение в плоскости, перпендикулярной оси таранда. Область применения антенн с тороидальными ДН вЂ” радиосвязь, радионавигация и радиовещание.
Игольчатые ДН имеют на фоне многих боковых лепестков ярко выраженный главный лепесток почти симметричной формы (рис. 7.4, б). В веернык ДН (рис. 7.4, в) ширина главного лепестка в двух взаимно перпендикулярных плоскостях сильно отличается. Антенны с нголь- чатымн н веернымн ДН применяют и радиолокационных станциях (РЛС) н связных радноснстемах.
В косекансньгх До веерный главный лепесток имеет несимметричную форму (рнс. 7.4,г), прячем его рабочая часть в одной нз плоскостей (обычно вертикальной) определяется уравнением Г(0) =соэес0, а в другой плоскости лепесток симметричен н имеет малую ширину.
Косекансные ДН нредпочтнтельны для самолетных РЛС обзора земной поверхности а) Рис. 7.4. Виды диаграмм иаправаеииости н для наземных РЛС наблюдения за воздушной обстановкой. Рабочая часть косекансной ДН обеспечивает примерно одинаковую интенсивность отраженных сигналов прн различных наклонных дальностях до цели. Пространственное изображение функции г"(О,~р), подобно нзображенню на рнс. 7.4, является сложным для построення н малоннформатнвным. Поэтому о форме пространственной ДН обычно судят по ее сечениям в выбранных плоскостях. Для слабонаправленных антенн используют главные сечения сферической системы координат: экваториальную плоскость н пару мернднональных плоскостей.
Для остронаправленных игольчатых н веерных ДН чаще выбирают пары перпенднкулярных сечений, проходящих через направление максимального нзлученйя. Одно нз сечений берется в плоскости, где главный лепесток ДН нмеет нанменьшую шнрнну. Для антенн линейной поляризации может также нспользоваться пара сечений, параллельных векторам Е н Н. Для сечений ДН используют полярные яля декартовы коордянаты в различных амплитудных масштабах: линейном (по полю), квадратичном (по мощности) вля логаряфмяческом (шкала децябел). Различные способы представления одной н той же двумерной ДН показаны яа рис. 7.6.
Полярные ДН наглядны, од- Р нако по ипм трудно определять угловые положения экс- -7 " 'Ф> 55 тремумов излучения. Кваддлт ратячяый масштаб имеет 675 тенденцию к скрадываяяю а) боковых лепестков и поэто- -55' М му непригоден для язображеяяя ДН антенн с низким /55" 755 /5 ' уровнем бокового язлучекяя. Логарифмический масштаб / вводится соотношением Рдв (О„тр) = 2018 Р(0, тр) = 7 ' гг =101п Р='(8, тр) и хорошо пе- 5) 5~5 редает особенности амплвтудяых ДН з широком дина- 575 мяческом диапазоне. ; ( С РаЗВЯтПСМ СРЕДСТВ Ма- -Я5 -755 -Ят -Е5 5 55 55 755 Ет шпаной графики наметилась глБ тенденция применения кар- -755 — -55 и ег 55 755 ~. тографических методов язоб- -75 раженяя трехмерных (прост- 51 рансгвеяпых) ДН.
Исполь- -Зу зуется подходящая сетка угловых координат, па кото- -55 рую наносят замкнутые ляпая уровня функции Р(8, ф). Уровни маркяруют цветом яля чяслеяяым указаяяем. В простейшей равяопромежуточной проекции используется квадратная координатная сетка по направлениям 8, ф (ряс.7.6). Такая проекция удобна для изображения главных лепестков с некоторой окрестностью бокового язлучеяяя. Полярязацноввые свойства. Векторный сомножвтель р(8, ф) в (7.12) представляет собой едянячяый вектор полярязацяя с двумя компонентами, ориентированными по базисным ортам сферической системы коордияат: Рис. 7.5.
Способы иэображения двумерных ДН антенн: о — полвоиаа дн по палю: б — декаотовав дн по палю в по мощвосгиг а — декаптовав ДН в логаоиемиееском масштабе Р(6, ф)=1аРа(6, ф)+1оР,(6, Р)=(1„1т) ( ' ~=(1Р). (7.13) 'х Ро l Модуль вектора р равен единице независимо от направления, т. е. ! ро(~+ ~ р,~ к= 1. Компоненты р, н (7, показывают соотношение между вертикальной и горизонгальной составляющими поля в дальней зоне антенны в выбранном направлении, а также фазовый сдвиг между ними. В общем случае оба компонента вектора поляризации являются комплексными числами.
Один нз компонентов обычно полагают ве- о .га Ю т УД ПП г,й7 Рке. 7.6. Картографическое икображеике ЛН амтенкы щественным [т. е. фаза этого компонента включается в мнимый показатель экспоненты в третьем сомножителе (7.12)1 и обозначаюг через а. Это так называемая главная сосгавляюи(ая поляризации, оговариваемая в техническом задании на проектирование антенны. Второй компонент вектора поляризации, ортогональный главному, может быть назван паразигпой (или кроссполяризационной) сосгавляюией поляризации. С учетом обозначения главной составляющей поляризации р(о, 7)=(„„а((), ~р)+1„,3/1 — азеУчм м, (7.14) где 1~о — базисный единичный вектор главной поляризации; а(8, ~р) — вещественная положительная функции; 1, — базисный единичный вектор паразнтной поляризации; ф(6, <р) — фазовый сдвиг между составляющими.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
