Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 28
Текст из файла (страница 28)
При задании этой характеристики антенны обычно оговаривается положение начала координат, относительно которого ведется отсчет разности фаз. В общем случае фуикпнл р(0,0) включал три сомножителв Р(е,р)=Р(е,р)'р(е,р)е ('г), (! О. ! 6) которые описывают в дальней зоне антенны соответственно амплитудную, полярнзаПионную и фазовую структуры поля, рассмотрим а отдельности указанные сомножители выражения (1О.
16). Амнлнтуднал харакнмрнсгинка. Вещественный положительный сомножнтель Е(В,р) представляет собой характеристику направленности — зависимость амплитуды поля излучения Е„ ат направления а пространстве при неизменных расстоянии г и подводимой мощности: Е„(Э,р) (10. 17) (Ое. ро) нормированную таким образом, что щахР(О,р)=1 Здесь О„ре — направление максиыального излучения. Графическое изображение характеристики направленности называется диогриоь иои нанрооленн ости (ДН).
Выражение (!0.17) относится к ДН по полю. В некоторых случаях используется понятие нормированной ДН по мощности: Р (О,р)= ", (!0.18) (() огра) Определяемой зависимостью плотности потока мощности от направления в пространйтве. В (10.18) П„„(О,.р ) — модуль вектора Пойнтинга в направлении максимьльНого излучения Вонро . Если мысленно поместить антенну а дентре сферы, поверхность которой находится в дальней зоне антенны, то для получения пространственной ДН следует в разНых тачках сферы измерить напряженность 'окшя и юобразить на графике ее зависимость от направления. Наиболее часю встречаются тороидиоьные, игольчатые н оеерние ДН.
На пратико в лелях упрощения обычна ,ограничиваются рассмотрением ДН в двух главных взаимоперпендикулярных плосностях, линия пересечения которых совладает с направлением максимума ДН. Одну из этих плоскостей обычно совмещают с вектором электрического поля антенны й (Е-плосКОсть), тогда другая плоскость совпадает с вектором Н антенны (и-плоскость). В этом случае ДН изображается плоскими кривыми Р(9)=)ЕДЕ ) и Р(р)=)Е)(У!Е „! в полярной (рис, 10.2,о) илн прямоугольной (рис. 10.2,б) системах координат. Так как ДИ по мощности есть дН по палю, каждое знаЧеиие которой возведено в квадрат, она принимает внд, покюанный на рис 10.2,о.
Для построения дН используется также логарифм Рнс. 102, Диаграмма направленности антенны: о- о аолораеа системе коортеиот, б,о †о орлиоуголоноа оиотеио «оордииог ический масштаб: Рж(ГОйр) =2018Р(В Р) = 123 !0!8Р (Оьи), в котором хорошо передаются особенности амплитулных ДН в широком динамическом диапионе. В тех случаях, когда требуется полностью охарактеризовать поле излучения антенны по всем направдениям, применяют картографическое изображение дН, сушвость которого состоит в следующем.
Если пространственную ДН антенны окружить сферой, то каждой точке ее поверхности будет соответствовать определенное значение углов О,р . При проектировании на поверхность сферы кривых, соответствующих равным значениям интенсивности поля в ДН, нх проекции образуют замкнутые кривые равной интенсивности. Участок поверхности сферы вместе с полученными кривыми равной интенсивности можно изобразить затем на плоскости с использованием какой-либо картографической проекции: прямоугольной (рис 10.3), поляркой и др.
Числа у кривых иа таких проекциях грнс. 1О 3) указывают уровень паля по отношению к полю в направлении главного максимума, а точки внутри отдельных групп замкнутых кривых соответствуют направлениям главного и бокового максимумов. Рнс. 10.3. Картографическое изобрмкение дкагреммц направленности антенны Такой метод изображения пространственной ДН весьма нагляден н позволяет а случае необходимости, легко построить плоские ДН в любой интересующей плоскости. Под шириной ДН антенны 20е г понимают величину угла иежду направлениями, в которых напряженность поля составляет 1/Я =0,707 от величины поля в направлении максимального юлучения (рнс.
10.2,а,б). Поскольку такому определению ширины ДН соответствуют направления, в которых величина излучаемой мощности уменыпаегсл в два раза, этот же угол называют юирллой ДН на уровне половинной ягошлоств 29ез (рис. 102е). В некоторых случаях, особенно нри теоретическом анализе, пользуются шириной ДН по нулевым значениям 20е, соответствующей величине угла между лвумя ближайшими к максимуму ДН направлениями, где поле равно нулю грнс. 10,2,е).
Ширина ДН в зависимости от назначения антенны лежит в очень широких прелелах — от десятков градусов до долей минуты. Пеллризаилоллые ссойстелт лоляризаииоллый базис 12). Векторный сомиажитель р(9цр) а П0.10) представляет собой единичный вектор поляризации с компонентами, ориентированными по направлениям базисных ортов сферической системы коорлинат г и г„: (1О. 19) Р(В,Р) =!врв(О Р)+(врв(В Р). причем модуль лаииого вектора !рв~ ь!р ~ =1 иезависимо от иаправлеиия О Р . Компоненты р, и р характеризуют соотношение между всртикальиой и гори'.зацтадьиой составляющими поля в дальней зоне антенны в выбраииам направлении, а также фазовый сдвиг между ними.
В общем случае оба компоисита вектора поляризации р(В,Р) являются ком'длсксиыми, адиако один из кампоиеитов обычио полагают веществеииым и равным а :(фаза данного комлоисита включается в мнимый показатель экспоненты вйэ(РОАР) в зэ(мтьем сомвозкителе (10.16). Зто гтавнвл (или основная) составляющая поляризации, ,'Второй компонент вектора поляризации, артогоиальиый главному, называют лорлзнтмой (или кроссполяризациоииой) составляющей поляризации. С учетом обозначения пиалой состаалшощей пширизации вектор поляризации представляется в виде р(д,р) =1„а(Ввр)вц .ГГ(-и'Евюв', (10.20) зде 1„„— базисный единичный вектор главной поляризации; а(В,Р) — веществеииая )юложительиая функция; 1в, — базисный единичный вектор паразиткой поляризации; пл(В, Р) — фюовый сдвиг между составляющими.
Величина и' <1 представляет собой 'Иоляризациоицую эффективность аитсииы и показывает долю платиасти потока мащ„цасти в данном иаправлсиии иа главной поляризации. Аиалогичио величина (1-и') рвала доле плотности потока мощности париитлой поляризации. Рассмотрим поведение мгиовеииого значения полного вектора поляризации в поле гцлучеиия аитсииы. На рис. 10.4 покиаиа касательная плоскость к сферическому фРонту излучаемой волны в окрестиости точки иаблюдсиия (волиа уходит от иаблюлатии за плоскость рисунка).
Каордииатиые оси х и у иа касательной плоскости ориситироваиы параллсльио базисным век~орам 1 и ! сферической системы коорлииат .витеииы. Полагаем, что ось х (составляющая по Р) соответствует главиой поляризации Мгновенные значения проекций полного вектора поляризации иа оси х и у с учетом (10.20) есть .т= р =аа(паг, (10.21) у = рв = /1 — а' з(п(юг -в !и) .
Находя из первого уравнения (10 21) мивзг =х(п и подставляя его ва второе уравиеиие, после преобрааимиия получаем т — ч — =я)п уг. х хусоз(в у (10.22) ц' пЯ-цт 1-и Выражеиис (10.22) представляет собой уравнение йоляризациоииого эллипса, являющегося геометрическим местом точек колцов вектора поляризации в Раздичиые моменты аремеии. Виутри этого эллипса пол- Рис. 10.4.
Паляризаливииый эллипс 126 соз уэ+к, яп ) 2г, 1 ьгг ' (1 гг)ял2уе (10.23) Разложение вектора повяризации по двум линейным перпендикулярным сосгавлаюшим, совпадающим с базисными вектоРами го и 1„, накладьщает огРаннченне на выбор главной поляризации: она должна быль обязательно линейной, причем только вертикальнон или горизонтальной, Однако возможны и иные случаи, когла в качестве главной должна быть погщрнзация иного ашга, например, наклонная линейная или круговая. Здесь уже необходим иной пощризацноляый базис 1„, 1я. Остановимся кратко на его построении с использованием аппарата унитарных матриц; (10.24) где Š— сдивичная матрида; *, т — знаки комплексного сопряженна и транспонирования.
Любая унитарная матрица второго порядка с точностью до произвольного фазового множителя е'г, полагаемого а лальнейшем равным единице, мажет быть прел. ставлена а виде ~и~- 1- ягг игг~, свах япхе""г и~-~ 1- =е "и "гг ! з!в ге'м -созде'гм ~г! Введенный выше соотношением (10.19) полярнзационный вектор р(О,Р) а лю. бой точке иаблюления может быть записан в виде произведения матрицы-строки па матрицу-столбец: 126 иый вектор погшризацнн р, а вместе с ним и полный вектор Е напряженности электрического поля антенны совершяот регулярное вращение, причем полный оборот происходит за период колебаний несущей частоты г =2л(я, а направление врал!ения зависит от знака фазового угла -лк ггх л.
с помощью выражений (1О 21) можно установить, что при положительных гк вращение происходит по часовой стрелке (правое вращение), а при отрицательных д — против часовой стрелки (левое вращение), т.е. вектор поляризации вращается в сторону составляющей, отстающей по фазе. В частных случаях при ц =0 или ягг, а также при а=1 или 0 эллипс поляризации вырождается а прямую линию, и поле излучения имеет чисто линейную поляризапию. При а=!/эГ2 и уг=ял)2 эллипс поляризации, как это слелуст ю уравнения (!0.22), превращается в окружность, и поле излучения имеет чисто круговую полярнзапию с правмм или левым вращением.
Для количественной характеристики эллипса полярншции вводят геометрические параметры: отношение малой н большой осей г, <1; угол ориентации болыпой асн уе (см. рис. 10.4). Отношение осей г, называют коэффнциевяан эюинтичяосми. Величине г, присваивают знак плюс лри правом вращении р н знак ыинус при левом. При известных геометрических параметрах поляризациаиного эллипса параметры вектора поляризации определяются по формулаы . 4Ро"! !э =!гэра е! Р = 1е 1 (10 26) Полный поляризационный вектор не изменится, если между двумя матричными гкомнажителями в правой части (10.2б) поместить еще два сомножителя р=[1, 1„~[и[[((ЦР'~ (10.27) уде 1,~[((] (10.28) (10.29) С оотношение (10.27) даст разложение вектора поляризации в новом поляризаци,"онном базисе, составляющие которого согласно (! 0 28): " =)еа ~ ~ аг~ =!есозд ! мадс' ', 1., =гав,з+1 ам =газ)оуею -1,создал™.
Ъдесь параметр д — угол поворота векторов 1,„, 1, оп!сеятельно ортов 1, 1,. Каждая из составлжощих паляризационного базиса в (!0.30) имеет единичный мо!ьуяь и описывает волну эллиптической поляризации общего вида. Харавтерньгм свойством зтнх волн является армоаоаллыссь, т.е. векторы 1„и 1„, нс ивтерферируют мсж- Щ собой и переносят мощность излучещи антенны независимо один от другого. Наиболее простым примером пары ортогональных векюров 1,„и 1 является случай .авух наклонных взаимно-перпендикулярных линейных полярюаций (рис.
10.5,а), когда 80 =Угз =О, ау — пРоизаольно [0<2<я/2): г„=гесозд 1 з)од, 1 Щез(оД-!„саад. Ряс. ! 0.5. Примеры ортогоныьиых и ох яра заоконных базисов !27 Другим, часто используемым на практике примером пары ортогональных векторов 1кы 1 является случай двух круговых полярюаций противоположного направления вращения бгис. 10.5,6), имегощий место при г = л/4 и с, = -гг/2, у г = гг/2: 1;= -'.г 1,„=0,707(1г — й ), ! =0,707(йв — ! ).
В аыражешщх (10.31) главной поляризации соответствует правое вращение, паразнтной — левое. В общем случае проювазьных параметров зг 93 и угг векторы 1„, г характеризуются одинаковым молулем коэффициента эллиптнчностн !г! (рис. !0.5,в), балылие оси эллипсов в каждой точке пространства перпендикулярны между собой, а юправлсния вращения противопсложкы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
