sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Граница ОПМ синфазного раскрыва исходит нз точки раскрыва, близкой его краю, и плавно приближается к асимптотическому значению, определяемому углом нулевого излучения. Участок ОПМ при з <2,5 иногда называют, по оптической аналогии, «прожекторным пучком» раскрыва. для сфокусированного Раскрыва гпзгугирпрахяыб граница ОПМ, начинаясь из той же ис- Р" дпггдьгд ходной точки на раскрыве, более кРУто гизпю- 6»" стремится к линии угла нулевого излу- бу ззгд чения, касаясь ее прн д=аэг, что соответствует выбранному положению фокуса. / Рг За фокусом граница ОПМ отходит ог линии нУлевого нзлУчениЯ, что соответст- йб Хг~ ' ЭУ 1 вует распзнренню главного лепестка углоного распределения поля на расстояниях, превышающих фокусное. д йу х// угу наибольшее сжатие ОПМ сфокусированного раскрыва, соответствующее мини- Рис.
12лб. Диаграммы ос. ыуыу кривой на рис. 12.16, получается поеного потока мощности заметно ближе к раскрыву, чем точка круглого рзскрывз фокуса. Диаграммы границ ОПМ позволяют решать многие задачи по передаче мощности от одного раскрыва к другому, а также позволяют четко определять размеры опасной зоны с высоким уровнем электромагнитного излучения перед раскрывом передающей антенны. Пример. Пусть задана точка наблюдения Р с коордиизтэми р», з».
Зто может быть, изпример, край приемного рэскрывз, рзспозожеииого соосио передзющему рзскрыву. Требуется тзк подобрать рззмер передэющего рзскрывз, чтобы его грэиицз ОПМ проходила через точку Р (зто обеспечивает перехвзт ОПМ приемным рзскрывом зздзииого размера). Построим иэобрзжеиие точки Р из плоскости иормировэииых коордиизт: Рв'=2р»/В, хе* 4Ч'зг»/([)0з).
Исключая из этих двух урзвиеиий размер передзющего рзскрывз, приходим к соотиошеиию, предстзвхяющему урэвиеиие параболы из ппоскости р*Оз': (р» )з=з»'[бр»1/(Чгзх»)[. Следовательно, одна точка иэблюдеиия резпьиого пространства из плоскости нормированных коордиизт р*, и' прп переменном диаметре передающего рпскрыва «рзстягивэетси» в пзозболическую кривую, положеиие которой зависит от соотиошеиия коордиизт р»з/зг, длииы волны и типз змппитудиого распределения (учитывземого параметром Ч',). При увеличеиии дизметрз передающего рэскрывз изобрзжеиие точки изблюдеиив движется по параболе в сторону начала коордиизт.
Нз рис. 12.16 показаны две параболы, соответствующие рззяпчиым точкам изблюдеиия. Парабола Р~ перссекзет тряпицу ОПМ иесфокусировзииого рзскрывз один рзз в промежугочиой зове и один рзз в дзльией зоне (зэ пределами поля рисунки). Следовательно, дпя этого случая возможиы двэ решения зэдзчи с помощью сиифззиых рзскрывов рзэличиого рззмерэ. По-видимому, следует отдать прсдпочтеиие рзскрыву меньшего рззмсрз. дяя которого точка избяюдеиия изходится в дэльией зоне. Парабола Р, из рис. (2.16 ие имеет точек пересечеиин с граиицей ОПМ сиифазяого раскрыва. Позтому для сосредоточения мощности излучеиия передающего раскрыва в круге задавиого радиуса необходима 4юкусировка. Целесообразио выбрать такую точку фокуса, которой соответствует мииимальиый размер передающего раскрыаа. Заметим, что фокусировка раскрыва возможна и на расстояния зв, гораздо меньшие нижнего предела применимости приближения Френеля гго = Р(4+ (О/Ц ггЮ/2.
Прн этом следует помнить, что минимальный размер фокального пятна ограничен величиной примерно Ц2 (волноной предел оптики). Круг задач, решаемых с помощью диаграмм ОПМ, может быть расширен, если дополнительно учитывать усредненные параметры амплитудных н фазовых распределений поля в различных поперечных сечениях ОПМ (см. [14]).
Глава 1З ВОПРОСЫ СИНТЕЗА ЛИНЕЙНЫХ АНТЕННЫХ СИСТЕМ $ ГЗЛ. 0 ИОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА ИЗЛУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ Под задачей синтеза антенны понимают определение формы и размеров излучающей системы н нахождение распределения возбуждения в ней по заданным требованиям к форме ДН. Возможны следующие варианты постановки задачи синтеза антенны: 1) получение заданной формы ДН; 2) синтез излучающих систем с максимальным КНД илн с максимальным коэффициентом усиления; 3) оптимизация формы ДН. Рассмотрим эти задачи подробнее. Получение заданной формы ДН. В этом классическом случае форма требуемой ДН задается в виде известной комплексной функции б(О, гр) и ищется распределение возбуждения 1 (х, у, г) в ограниченной области пространства, обеспечивающее ДН Г (О, гр), в некотором смысле близкую заданной функции. Наибольшее распространение имеют два критерия близости функций С (О, гр) н Г (О.
гр): среднеквадратнческий и равномерный (чебышевский). При среднеквадратическом приближении ошибку синтеза оценивают интегралом Вз=~ ~О(6, р)-Г(б Ч)~збЫ н добиваются минимума его, подбирая соответствующее распределение возбуждения. Средпеквадратическое приближение используется, когда интересуются направлепнымн свойствами антенны„усредненными в энергетическом смысле.
Недостатком этого приближенна является возможность значительных локальных ошибок (всплесков) в синтезированной функции даже при малой средне- квадратической ошибке (в математике это явление называют эффектом Гибоса). При равномерном (чебышевском) приближении ошибку синтеза оценивают величиной (13.1) А=шах)б(В, ч) — р(В, р)), представляющей максимальное значение модуля отклонения полученной ДН от заданной функции. Минимизация величины Л подбором распределения возбуждения позволяет добиться детальной близости функций б(О, Ч~) и Г(й,~р) без резких локальных выбросов ошибки. Однако вычисление Л связано с нахождением максимума функции ошибки воспроизведения ДН и является более сложным„чем вычисление бз. Поэтому решение задачи синтеза в чебышевском приближении, как правило, труднее, чем прн среднеквадратическом приближении. (:витез антенн с максимальным КИД.
Б атон задаче форма ДН не конкретизируется и подбор распределения возбуждения ведется исходя нз условия получения максимума КНД в заданном направлении. В задачах максимизации КНД могут быть поставлены также дополнительные требования, например условие нулевого излучения в заданном направлении или минимизация коэффициента рассеяния в заданной области пространства. Оптимизация формы ДН.
Здесь чаще всего имеется в виду требование получения минимального уровня боковых лепестков прн заданной ширине главного луча или же обеспечение минимальной ширины луча при заданном УБЛ. Решения всех трех разновидностей задач синтеза антенны оканчиваются определением распределения возбуждения в выбранной излучающей системе. После этого возникает проблема реализации этого решения путем разработки конкретных конструкций элементов излучающей системы и распределителя. Иногда это возможно с помощью специализированных программ автоматизированного проектирования, составленных на электродинамическом уровне, однако чаще приходится ориентироваться на эмпирическое соотношения и прибегать к экспериментальным исследованиям.
В дальнейшем изложении ограничимся рассмотрением особенностей решения задачи синтеза линейной излучающей системы, т. е. эквивалентного линейного излучателя длиной 21, множитель наравленности которого определяется соотношением (см. (11.2) и соответствующие комментарии) 1 1(а)еУ®'ба=а(зс), н=йсозВ, где заданная правая часть п(я) определена только в области видимости — р х(ф, т. е. при )сов 01 =1. При синтезе линейного излучателя с помощью соотношения (13.1) фактически предполагается, что поляризационная характеристика антенны н направленность по координате ср уже обеспечены правильным выбором излучающего элемента н остаегся только подобрать распределение возбуждения 1(г). Неизвестная функция 1(г) находится в (13.1) под знаком интеграла, н поэтому (13.1) представляет собой интегральное уравнение.
В соответствии с классификацией, принятой в математике, это неоднородное интегральное уравнение Фредгольма первого рода. Функция Л' (х, г) = =ехр (1хг) представляет собой ядро этого уравнения. Неприятной особенностью уравнения (1ЗА) является то, что сколь угодно малым изменениям функции у(х) могут соответствовать сколь угодно большие отличия в функции возбуждения 1(г).
Например, если какой-либо функции 1((г) соответствует ДН 1((х), то функции 1((г) =1,(г) +А ехр (/Кег/1) будет соответствовать ДН (2(х) =1( (х) + (2А1з)п Ч)(Ч(, где Ч'=х(+К(с. ПРи этом длЯ любого большого числа А можно подобрать такое Ке»А, что функции 1((х) и 1((х) в пределах области видимости будут практически одинаковымн, хотя порождающие их распределения возбуждения имеют сколь угодно большие различия. Этот пример показьсвает, что решение интегрального уравнения (13.!) относится к так называемым некорректно поставленным задачам (4), характеризующимся возможностью появления неустойчивых решений.
Для получения устойчивого решения необходим() подчинить его некоторым дополнительным требованиям согласно принципу регулярнзации, введенному акад. А. Н. Тихоновым. В частности, можно потребовать, чтобы усредненные амплитуды возбуждения и усредненные скорости изменения возбуждения по длине антенны (параметры А и Ка в примере) были ограничены по сравнению с излучаемой мощностью Рсн с с з, 13.2 ~1(г))тбг <М,Р,, ~ ~1'(г))зс1г (М,Рзм (13.2) -( -с где М, и Мз — некоторые наперед задаваемые константы. Помимо условий (13.2) существует еще целый ряд способов избежать неустойчивости синтезируемых распределений возбуждения, что будет отмечено в дальнейшем.
4 !3(К ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ КАК ЦЕЛАЯ ФУНКЦИЯ КОНЕЧНОЙ СТЕПЕНИ Соотношение (13.1) фактически представляет преобразование Фурье от функции амплитудно-фазового распределения возбуждения„ дополненной пулем при ~г~>1. Чтобы функция 1(г) допускала преобразование Фурье, опа должна интегрироваться с квадратом па бесконечном интервале и на всяком конечном интервале иметь конечное число максимумов и минимумов.
Первое требова- ние означает, что (13.3) 2х ~ (Х(з)(здз=- ~ (~(х))эбх=Р<" со, Рассмотрим более подробно интеграл (13.3)„который принято называть полной мощностью антенны (с точностью до постоянного множителя). Этот интеграл может быть представлен в виде суммы à — 0 1 ~'-Р+~';(э( тб +~ 1 +Дэ~г~». -э Первое слагаемое содержит интеграл по области видимости и представляет активную мощность излучения. Второе слагаемое содержит интегралы по всей области мнимых углов и условно называется реактивной мощностью. Название объясняется тем, что функция Г(х) при (х(>б описывает спектр замедленных неизлучающих волн около антенны, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
