sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Для етого выражение для Р дифферепднруется по каждому! н соответствующие частные производные приравниваются нулю. Решение образовавшейся системы линейных уравнений оказывается в точности'равным (13.27). Таким образом, синтез ДН, наиболее близкоб дельта-функции„эквивалентен синтезу ДН с максимальным КНД. Несложным вычислением можно установить, что максимальный КНД решетки нзотропных излучателей в направлении но дается формулой Р„„„= <Р(но)Н вЂ” гра( з)>.
Если элементы решетки имеют направленность, то в этой формуле происходит замена г'н (и) -~ )г РаРн (и), сопровождаемая также заменой величии г т для изотропных элементов на величины г„я для направленных элементов [131. О выборе шага эквиднстантной антенной решетки. При постоянном шаге решетки г( положение элементов задается координатамн за= (и — 1) г(, п=1, 2, ..., )т', и множитель решетки /; (Х)= "~)' /„Е) (а — '>'"', Х=р СОЗ 6, л-1 ,является периодической функцией переменной х: Г, (х) = />т (х+ 2п/г(). Отношение периода Т=2п/г( к протяженности области видимости составляет 3/(2г().
При расстоянии между излучателями с(= . =0,5Х период множителя направленности совпадает с интервалом 'видимости. Если с(>0,5Х, то на видимую область приходится более :,одного периода функции /н(х), и поэтому при синтезе произволь;,:ной ДН, отличной от нуля во всей области видимости, неразумно :-'брать с(>0,5), из-за снижения точности синтеза.
С другой стороны, '.',нри г(<0,5). период функции /н(и) становится больше интервала :;:видимости и точность синтеза повышается за счет использования большего числа ортогональных функций е,(н) при постоянной длине решетки. Однако поведение синтезированной функции гв(н) за пределамн интервала видимости является неконтролируемым, и в связи с этим коэффициент реактивности может возрасти до недопустимо больших значений. Таким образом, при а<0,5А увеличивается опасность получения некорректных решений с большим коэффициентом реактивности.
С вычислительной точки зрения это проявляется в том, что определитель матрицы К стремится к нулю, что приводит к потере точности при нахождении обратной матрицы й '. Поэтому к попыткам увеличения точности воспроизведения заданной ДН путем уменьшения шага решетки необходимо отяоситься с осторожностью.
й Гэгп О ЕВЕРХНАПРАВЛЕННОСТН АНТЕНН Анализ решения задачи синтеза линейной антенной решетки с максимальным значением КНД, согласно (13.27), при числе элементов АГ-~-оь, шаге решетки И-~.О и постоянной длине решетки 1И=сопзт 'показывает, что О,„неограниченно растет. При любой фиксированной длине антенны можно указать такое число элементов Л', при котором В,„превысит любое наперед заданное значение. Этот же факт можно понимать н как следствие приведенного в $13.2 утверждения о том, что в линейной антенне любой конечной длины можно реализовать множитель направленности в виде произвольной функции.
Возможность неограниченного увеличения КНД антенны конечной длины называется сверхнаправленностью. Это явленяе есть следствие некорректносги задачи синтеза антенны по заданной ДН. Переход к сверхнаправленносги в линейной антенне сопровождается следующими особенностями: 1) амплитудно-фаэовое распределение возбуждения становится сильно «изрезаннымэ, а фаза возбуждения резко меняется по длине антенны (гораздо быстрее, чем в волне, движущейся со скоростью света); 2) амплитуды возбуждения при фиксированной мощности излучения существенно (яа много порядков) превышают амплитуды возбуждения в синфазиой антенне той же длины и с той же мощностью излучения; 3) в ближнем поле сверхнаправленной излучающей системы создается огромный запас электромагнитной энергии, и такая антенна оказывается эквивалентной очень совершенному накопителю энергии с ничтожными потерями на излучение. Согласование входа сверхнаправленной антенны с линией передачи весьма проблематично, так как прн идеальном реактивном согласующем устройстве антенна оказывается эквивалентной резонансному контуру с колоссальной добротностью (более 1О') и ничтожной полосой пропускания.
Прн реальном согласующем устройстве потери в нем настолько превышают потери на излучение, что КПД сверхнаправленной антенны стремится к нулю. Последствия аналогичны и при попытке синтезировать произвольную ДН со слишком высокой точностью, и поэтому к сверхнаправленным могут быть отнесены также н все другие некорректные решения задачи синтеза антенны. Где же проходит граница между обычными и сверхнаправленными антеннами? Условно к несверхнаправленным можно отнести все решения задачи синтеза, получаемые методом интеграла Фурье по формулам (13.7) — (13.10).
В применении к антенным решеткам метод интеграла Фурье означает, что следует просто пренебречь взаимодействием излучателей, положив Й= Е, где Š— единичная матрица. Тогда нз основания (13.26) амплитуды возбуждения элементов решетки оказываются выборками из обратного преобразования Фурье: з Л„=~ у(к)Р„(я)бн= ') д(н)е т"'ебк, 1) =и). (1328) — г Для решений (13.7) — (13.10) н (13.28) легко могут быть найдены коэффшциенты реактивности, которые, как правило, оказываются близкими единице. Это означает, что для таких несверхнаправленных антенн распределение возбуждеяия должно быть достаточно гладким, амплитуды возбуждения при фиксированной мощности излучения близки минимально возможным н в ближнем поле не образуется значительных запасов электромагнитной энергии. Несверхнаправленные антенны являготся самыми устойчивыми к малым ошибкам в распределении возбуждения, что является очень важным обстоятельством с практической точки зрения.
Если КНД илн точность воспроизведения заданной ДН, даваемые несверхнапранленными антеннами, недостаточны н нельзя увеличить габариты антенны, то можно попытаться реализовать з какой-то мере явление сверхнаправленностн, допуская умеренное увеличение коэффициента реактивности. Для антенных решеток весь класс решений задачи синтеза в среднеквадратнческом приближении с ограниченным коэффициентом реактивности дается соотношением 1?=(К+аЕ) — Ъ), где 0(а(се — так называемый параметр регулярнзации решения. При а в ее получается решение задачи синтеза при минимально возможном коэффициенте реактивности. При а=б имеет место другой крайний случай — решение без ограничений на коэффи,'циент реактивности. Однако многочисленные исследования и рас.:-четы показывают, что переход к режиму сверхнаправленности ма:;лоперспектнвен с практической точки зрения, поскольку выигрыш :в КНД или точности воспроизведения ДН чрезвычайно мал.
Глава 14 АЙЕРТУРНЬ$Е АНТЕНН(и $ г4Л. ОБЦ(НЕ СВОЙСТВА АПЕРТУРНЫХ АНТЕНН К. апертурным относят антенны, у которых в соответствии с принципом эквивалентности может быть выделена плоская поверхность раскрыва 5, формирующая остронаправленное излучение. Наиболее распространены зеркальные (в частности, параболические), а также рупорные и линзовые апертурные антенны.
КНД апертурных антенн связан с плошадью раскрыва 5 и длиной волны Л общей формулой В=(4яЯУЛ ) К„„„ (14.11 где К „~1 — обший (результирующий) коэффициент использования поверхности, зависящий от вида амплитудно-фазового распределения возбуждения и других факторов. Ширина луча по уровню — 3 дЕ апертурной антенны в какой- либо плоскости, перпендикулярной поверхности раскрыва, обратно пропорциональна линейному размеру раскрыва Е в этой плоскости: Ьз =(51'Л/(.1 Кг, м (14.2) где Кр„- 1 — коэффициент расширения луча, зависящий от формы раскрыва и вида амплитудно-фазового распределения возбуждения.
Конструкции распределителей апертурных антенн обычно строят таким образом, что мощность возбуждения к каждому элементу раскрыва в приближении геометрической оптики доставляется независимыми лучами, проходящими одинаковую электрическую длину от общего входа антенны. Поэтому в соответствии с принципом построения распределителя апертурные антенны могут быть условно отнесены к антеннам с параллельной схемой питания элементов излучающей системы (в отличие от антенн бегущей волны, характеризуемых последовательной схемой питания). Положительной особенностью параллельной схемы возбуждения является сохранение сиифазности элементов раскрыва и вида амплитудного распределения независимо от длины волны, Поэтому многие конструкции апертурных антенн, в частности зеркальных, являются частотно-независимыми и допускают одновременную работу антенны в диапазонах от метровых до миллиметровых волн.
Разумеется, при этом сохраняется зависимость КНД и ширины луча от длины волны согласно формулам (14.1) и (14.2). Из этих формул также следует, что КНД апертурных антенн может неограниченно возрастать, а ширина луча стремится к нулю при увеличении отношения Я/У. Однако в реальных конструкциях апертурных антенн максимально достижимый КНД оказывается ограниченным из-за влияния сл чайных погрешностей при выпол- ненни антенны. Достигнутый уровень технологии производства позволяет создавать апертурные антенны с КНД 10' и более, Апертурные антенны первенс зуют по направленности среди других типов антенных устройств.
й !4аь РУПОРНЬ$Е АНТЕННИ На дециметровых и более коротких волнах широкое применение находят рупорные антенны и, в частности, антенны в виде открытого конца прямоугольного илн круглого волновода, Излучатели этого типа используются самостоятельно, а также как облучатели линзовых и зеркальных антенн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
