sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Удобно измерять небольшое паразитное отклонение максимума по отношению к ширине луча по половинной мощности, г. е. к значению ЛЧ'=2,78 рад. Для длинных антенн (Е ьХ) такое же относительное смешение луча произойдет и в масштабе углов наблюдения: Ь6/М = — Фт/2,78= — Фт/158'. (11.19) При спадающем амплитудном распределении абсолютное смешение максимума излучения для фиксированного Ф, остается неизменным„ однако относитель- ная угловая ошибка уменьшается из-за расширения луча: бй/ЛО= — Ф~ "/(158'Квл), где йр Крл — коэффициент расширения луча. Уменьшение относи- дг тельной угловой ошибки положения лу за нри спадающем амплитудном распределении обусловлено уменьшением роли краевых участков антенны, где йг фазоная ошибка наибольшая. Квадратичные фазоные искажения.
Вычислить интеграл -хн -хн -зт л л' "и для множителя направленности линейной антенны (11.2) прн рнс, П.В. Поведение ыножнтела нанравквадратичных (а также и при ленностн прн лннейных фазовых искакубичных) фазовых нскажени- женках в равноанплнтудной антенне ях в общем виде затруднительно, поэтому целесообразнее произвести численные исследования с помощью ЭВМ по программе быстрого преобразования Фурье.
Результаты вычислений показаны на рнс. 11.9. Квадратичные фазовые искажения не вызывают смешения максимума ДН, однако приводят к расширению главного лепестка и заплываиию минимумов излучения, Наиболее сильно квадратичные фазовые искажения сказываются при равномерном амплитудном распределении. Здесь для случая (Рх)н наблюдается даже раздвоение главного лепестка. Прн спадающем амплитудном распределении наиболее сильно расфазированиые края антенны дают меньший вклад в общее излучаемое поле и искажение ДН получается меньше. Квадратичные фазовые искажения чаше всего встречаются в коротких рупорных антеннах и в параболических зеркальных антеннах прн осевом смещении облучателя из фокуса параболоида.
Поэтому эти искажения часто называют погрешностью фокусировки или просто дефокусировкой. Изменение формы ДН при квадратичных фазовых искажениях приводит к снижению КНД, т. е. к уменьшению коэффициента непользования поверхности антенны, которое при равноамплитудном возбуждении может быть оценено с помощью графика иа рис.
11.10. Кубичиые фазовые искажения (в оптике — «кома»). Результаты вычислений множителя направленности для случая равноамплитудного возбуждения показаны на рис. 11.11. Прежде всего следует отметить сдвиг максимума ДН в сторону края антенны с до- йг йа йа р ж 'зт тя и Рис Ы 9. Искажения множителя направленности линейной антенны при квадратичных фазовых ошибках полнительным фазовым запаздыванием. При небольших цзз сдвиг максимума излучения по отношению к ширине луча неискаженной ДН определяется формулой Ь61дй — Фв'(!,48Я) =.
— Фз~266'. (11.20) Из сравнения формул (11.19) и (11.20) видно, что отклонение максимума прн равноамплитудном распределении и кубичной фазовой ошибке в 1,7 раза меньше, чем при линейной ошибке. Искажение формы ДН заключается в том, что главный лепесток ДН расширяется и становится несимметричным, боковые лепестки по одну сторону главного лепестка увеличиваются, а по другую— уменьшаются, причем возрастание наблюдается с той стороны, в которую смещается главный максимум излучения.
Сопутствующее снижение КНД антенны может быть оценено по графику зависимости коэффициента использования поверхности от Фз (см. рис. 11.10). Если используется спадающее к краям амплитудное распределение, то влияние кубической фазовой ошибки на форму ДН ослабляется, так как снижается вклад в излучаемое поле от наиболее асфазированных краевых участков антенны. убичные фазовые ошибки встречаются, например, в параболических зеркальных антеннах при смешении облучателя из фокуса в боковом направлении (вместе с сопутствующим линейным изменением фазы по раскрыву).
Случайные фазовые искажения. Будем считать, что амплитудно-фазовое распределение возбуждения в отдельной реализации антенны имеет внд У(х)=т'се)1и( 1 — Ы 1, (11.21) где Ф(з) — стационарный случайный процесс с нулевым средним значением и дисперсией Ф(я) а. При небольших дисперсиях структурную функцию, т. е. средний квадрат разности фаз в точках х, и гх, можно аппроксимировать соотношением К(хх, Ят)=(Ф(хх) — Ф(хт)1х=а(1 — е — аа'lе') (11.22) йв ав йг йз ' а пуд ж уяув нона -,в' — хя — хг с я гв' Рнс. 11.11. Искажения множителя направленности линейной антенны при кубичных фазовых ошибках Рис. 11.1О. Снижение КИП линейной равноамплитудной антенны прн квадратичных и кубичных фазовых ошибках где р — характерный размер, называемый радиусом корреляции; Ы=гх — аь Среднеквадратическая разность фаз между точками, разнесенными на расстояние р, составляет примерно 0,79 'и а рад, т.
е. случайные отклонения фазы в этих точках почти не коррелированы между собой. Каждой реализации распределения (11.21) соответствует определенная реализация множителя направленности антенны. Если произвести усреднение по большому числу реализаций, то можно установить зависимость средних параметров линейной антенны от дисперсии фазовых ошибок а и радиуса корреляции р. Наибольший интерес представляют следующие характеристики: форма средней ДН по мощности; среднее значение КНД; наиболее вероятный уровень боковых лепестков. Соответствующие выкладки достаточно сложны, поэтому ограничимся изложением наиболее важных результатов.
Для небольших фазовых ошибок а~! и радиусов корреляции р«(.(. средняя ДН линейной антенны с равномерным амплитудным распределением (,г(т")1«=е ~~ — ) +) па ~ е ~ мдл1 %' / б где 1«'=0,55(.(соз6 — $). При а О (или р-»0) множитель направленности стремится к неискаженному виду з!и Ч~/1г. Фазовые ошибки приводят к уменьшению главного максимума (множитель ехр ( — а)) и к наложению на неискаженную ДН дополнительного распределенного фона бокового излучения. Распределенный фои вызывает «заплывание» нулей излучения и приводит к росту уровня боковых лепестков. При р«~ь добавочный фон почти не имеет направленности, медленно убывая в обе стороны от главного максимума излучения.
Прн постоянном произведении ар боковой фон мевьше у более длиннык алтенк. Для объяснения этого эффекта разобъем антенну на отдельные участки длиной р. Число таких участков У=(/р. Образование добавочного фона можно объяснить суммированием парциальных излучений отдельных участков со случайными фазовыми сдвигами.
В результате плотность потока мощности излучения фона пропорциональна Л', а угловое распределение фона повторяет Форму ДН одного участка, т. е. почти не направлено при р(),. В главном максимуме излучения преобладает эффект синфазного сложения излучений отдельных участков, т. е. плотность потока мощности детерминированной составляющей излучения пропорциональна /«' и добавочный случайный фон почти незаметен.
Таким образом, в направлении главного максимума фон по порядку величины равен 1//т', т. е. обратно пропорционален длине антенны. Добавочный фон бокового излучения снижает КНД из-за роста коэффициента рассеяния. Наибольшее снижение КНД происходит при радиусе корреляции ра-— 0,31)' !п(2(./х), причем справедлива оценка (11.23) )'.)=()ае — — О,(1-а), где !)«=2//).
— КНД при отсутствии случайных ошибок. В соответствии с (! 1.23) снижение КНД на 10$ происходит прн среднеквадратической фазовой ошибке Ф=) 'а=К 0,105= ==0,324 рад= 18,5'. Снижение КНД антенны не очень критично к радиусу корреляции. При а=0,105 коэффи))иент использования поверхности увеличивается до значения 0,916 (вместо минимального значения ОООО) при р~=)/л и р» — — !./10. Поэтому формулой (11.23) можно пользоваться при О,З).~р(0,11.. Если р-»0, то добавочный Фон исчезает, искажения ДЙ пропадают и коэффициент использования поверхности стремится к единице. При переходе от малых радиусов корреляции р(0,1А к большим изменяется характер искажений средних ДН, а именно наблюдается эффект расширения главного лепестка и снижение уровня боковых лепестков.
При р„;о(. взаимное расфазнрование отдельных участков антенны в соответствии с (11.22) уменьшается и при р-+.оо отдельные реализации случайных ДН сохраняют неискаженную форму, отличаясь одна от другой несущественным фазовым множителем; коэффициент использования поверхности также стремится к единице. Флуктуации КНД от одной реализации возбуждения к другой оказываются незначительными при любых р, и поэтому КНД любой реализации в ансамбле практически совпадает со средним по ансамблю.
То же самое относится и к средней ширине луча, характеризуемой соотношением Х(оо — -1+1,17ар/(.. Наиболее неприятным следствием случайных фазовых искаокений является возрастание уровня боковых лепестков. Средние значения уровня боковых лепестков, ближайших к главному, /б= Уо~о+ Р йар/Х., , (1!.24) где /оо' — уровень бокового лепестка по мощности прн отсутствии фазовых ошибок; /бо — средний уровень (по многим реализациям) этого же лепестка при фазовых ошибках. Небольшая добавка 'улар/(.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
