sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Эквивалентность сохраняется и при других видах амплитудно-фазовых распределений и, таким образом, все выводы о влиянии амплитудного распределения и фазовых искажений в линейной антенне на форму ДН оказываются справедливыми и для антенных решеток. Применение направленных элементов. В соответствии с теоремой перемножения полная ДН антенной решетки есть произведение ДН одного элемента на множитель направленности решетки. Если один элемент имеет незначительное излучение в направлении побочного максимума решетки, то последний окажется подавленнымм.
Прнмер. Пусть Х-элементная сннфазная равноамплнтудная антенная решетка с произвольным шагом Й состоит нз одннаковых идеальных излучателей длнны ! (рнс. 11.15, а). Полная ЛН тахой решетки а!и (0,551 соз 6) а!и (0,5г'/йгГ соа 6) 0,5)1 соз 6 д/ агп (0,5ргг соа 6) Введем обобщенную угловую переменную Ч'(8) =0,5!Уйб соз В.
Тогда 05()!созб=!Чг(0)/(/Уб) н ДН решетки прнннмает внд у(Чг) =- а!п (МГ(5/гГ)! ( ! шп Чг ° =! --. И-"--! Соответствующие сомножителя построены на рнс. 11.16, б. Потребуем, чтобы первый побочный максимум прн Ч',=/Уп во втором сомножителе был подавлен первым сомножителем до уровня 0,21, т. е. до стандартного уровня боковых лепестков в равноамплнтуднай лннейной антенне. Поскольку Мпх/х=0,2! прн х=2.57, приходим к условию 1Ч'~/(г/д) =!п/г(=2,57 клн 1=082г(. ЛН решеткн для такого значения ! показана на рнс. 1!.16, а.
Еслн же выбрать !=г(, то нули первого сомножителя точно совпадут с положеннямн побочных главных максимумов второго сомножителя н произойдет полное подавление этих макснмумов на всей осн Ч'. Однако такой результат трнвнален, так как соответствует непрерывной антенне. Применение направленных элементов ограничивает сектор сканирования линейной антенной решетки. В случае, изображенном на рис. !!.16, попытка сканирования путем введения фазовых сдвигов между соседними излучателями приводит к смещению графика (х(Чг) относительно гРафика (зл(ту), что вызывает снижение главного максимума и возрастание побочного главного лепестка со стороны, противоположной направлению отклонения луча.
Неэквнднстантное расположение излучателей. Возникновение побочных главных максимумов в разреженных эквидистантпых ре- щетках объясняется тем, что синфазное сложение излучаемых колебаний от любой пары соседних элементов возможно л направлений Ом, в котором сумма пространственной разности хода рс(созО и фазового сдвига между соседними излучателями равна нулю нли кратна целому числу 2п, т. е. Ро соз Ом — ЛФ=2пМ, М =О, Р лэг Р1 Рис.
11.!6. Поаавление побочных главных максимумов решетки при нсполвэованин направленных элементов ~1; З-2, .... Отсюда ряд направлений максимального излучения может быть найден по формуле соз В„=(2пМ+йФуфсЯ)=МЛ/сГ+В. Замечательным свойством главного луча решетки при М*=О является то, что его направление не зависит от шага решетки и определяется только коэффициентом замедления. Направления же побочных максимумов существенно зависят от шага и/Х. Если нарушить постоянство шага решетки, ио сохранить значение фазовой скорости возбуждения $=оФДрс(1 (для этого надо менять огр синхронно с изменением с(/Х), то направление главного максимума для любой пары элементов сохранится неизменным, а направления побочных максимумов окажутся различными для разных пар со- седних элементов и произойдет «размазываниеэ побочных главных лепестков решетки по широкой зоне углов.
Эта идея воплощена в неэквидистантной антенной решетке, в которой положения отдельных элементов не подчиняются периодическому закону. ДН неэквидистантной решетки должна вычисляться по исходной формуле (11.1), так как произвольный выбор положения элементов не позволяет воспользоваться каким-либо общим приемом суммирования. Задача определения оптимального положения элементов, ведущих к равномерному чразмазываниюъ побочных лепестков, оказывается сложной и решается численно на ЭВМ.
Заметим, что решетки с более редким расположением элементов, чем это диктуется неравенством (11.27), имеют существенно сниженный КНД из-за рассеяния мощности в побочных лепестках. Этот недостаток сохраняется и в разреженных неэквидистантных антеннах решетках. Основываясь на эквивалентности линейной решетки н непрерывной линейной антенны, можно производить уверенную оценку КНД линейных решеток по соответствующим формулам для непрерывных линейных антенн заменой длины / на эквивалентную величину /Уд. Таким путем из формул (11.13) — (11.15) получаем следующие формулы для КНД антенных решеток: /Л юг//Л, ! Е ! (1 — Л/(МИ) в режиме наклонного и поперечного излучения; й=4Фд/Л в режиме осевого излучения при ($! =1; 1Э,р~ 7,2Иг//Л, 1 Ер, ! =1+ Л/(2ИЯ в режиме осевого излучения с оптимально замедленной фазовой скоростью возбуждения.
Очевидным условием применимости этих формул является выполнение неравенства (11.27), гарантирующего отсутствие побочных максимумов в области видимости. Наряду с приведенными оценками КНД в линейных решетках полностью сохраняют свое значение и все оценки коэффициента использования поверхности прн неравномерном амплитудном распределении и при наличии фазовых искажений. Представляет интерес выяснить зависимость КНД антенной решетки от шага г!/Х.
Возьмем для примера случай синфазной решетки с большим числом элементов (/У-~- сю). При х(/Л(1 в области видимости присутствует лишь один главный максимум, при 1~ <4/Л(2 к нему добавляются два симметричных главных максимума первого порядка, при 2(г(/Л -3 — максимумы второго по- рядка и т. д. Появление очередной пары побочных главных макси.
мумов в области видимости сопровождается распределением излучаемой мощности на большее число лепестков единичного уровня, и КНД в главном максимуме принимает вид 2!т (и/1) 2 Е (Н/1) + ! где Е(х) означает целую часть х. Поведение функции /7//г' в зависимости от шага решетки показано на рис. 11.17 штриховой линией. Там же сплошной линией изображен ход графика В/йг при гу» большом, но конечном числе т элементов. Тогда побочные И +~ ' и главные лепестки имеют конечную ширину и их вхождение в РЗ область видимости при возраста'гнн г//й происходит не скачкообразно !как при Л'-~-оо), а плавно.
г йа ба хз пределе при большых гг/т Р г! и кнд ф й Рис. ! ! П. КНД синфазной ранноаинли- КНД решетки становится Рав- тудной антеийой решетки ным числу изотропных элеменгов. Поясним это нестрогим рассуждением. Пусть уединенный элемент с единичным током возбуждения при единичной излучаемой мощности создает в дальней зоне единичную напряженность поля. Если ту же мощность распределить поровну между синфазными элементами, то ток /и в каждом из них должен составить 1/ т' Ж, а суммарная напряженность поля в направлении главного максимума возрастет в йг раз и Равна тт', что обеспечит В=/!г. Ход графика КНД на рис. 11.17 показывает, что зто предположение выполняется приближенно при больших г//Х (более 1,5 — 2,0) и точно в отдельных точках оси г//Х, когда шаг кратен Ц2.
При сближении излучателей утверждение относительно КНД становится несправедливым и выигрыш в КНД сходит на нет прн а/х — +-О. Причиной снижения КНД является взаилгная связь излучателей, возрастающая прн их сближении и автоматически уменьшающая ток каждого отдельного элемента синфазиой антенной решетки при неизменной подводимой н излучаемой мощности. Взаимная связь излучателей решетки не позволяет трактовать их как независимые нагрузки.
Систему входов антенной Решетки адекватно описывает нормированная матрица сопротивлений Х, диагональные элементы которой являются собственными сопротивлениями излучателей, а внеднагональные элементы г представляют взаимные сопротивления. При проектировании антенных Решеток собственные и взаимные сопротивления определяют из элеьтроднпамических расчетов нли экспериментально. Для простых п«=х«А+я«эгэ+" +х-)л+"-+ялл(к. Разделив нормированное напряжение й„на входной ток )„, найдем нормированное входное сопротивление излучателя с номером п в антенной решетке: х =и„(1„= ~Уз я„~() Я .
(11.28) излучателей (например, полуволновых вибраторов) неплохое приближение обеспечивает метод наводимых ЭДС (см. З 9.5). Используя формальное определение матрицы Х (см. формулу (3.8а)) и расписывая произведение строки с номером п на столбец амплитудно-фазового распределения тока по входам излучателей решетки, получаем Согласно (11.28) входное сопротивление излучателя является суммой его собственного сопротивления й„„н набора вносимых сопротивлений из других излучателей Прн синфазном и равноамплитудном возбуждении решетки входное сопротивление излучателя является суммой собственного и Ф вЂ” 1 взаимных сопротивлений. Если элементы решетки стягиваются один к другому, взаимные сопротивления приближаются к собственным н происходит рост входного сопротивления излучателя.
Этот рост вызывает снижение входных токов (при постоянной подводимой мошностн) и приводит к уменьшению КНД решетки до КНД одного элемента (начальный участок графика КНД иа рис. 11.17). При других значениях «1/Х и при изменяющихся амплитудно-фазовых распределениях поведение входного сопротивления в соответствии с формулой (11.28) может быть довольно причудливым н способно вызывать серьезные рассогласования входов до значений КСВ, равных 3 — 5 и более, При Ф-«-со и при отсутствии специальных мер по уменьшению взаимных сопротивлений эффект рассогласования для некоторых углов сканирования может вызывать даже полное отражение мошностн от входов излучателей (так называемые «нулевые провалыэ решетки при сканировании).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
