Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Комплексные компоненты вектора поляризации в новом полярюацнонном базисе (10.30) на основании (10.29) принимают значения р,, = рв саад чрез!пде '"" =ив' Р„,=Рая!пде "— Р созда '!г'"г'г= Б-и ек Таким образом, для полного описания поляризапионных свойств дальнего поля антенны достаточно указать необходимый полярнзаннонный базис (10.30) и иметь функциональные зависимости полярюационной эффективности а (О,р) и фазового сдвига уг(9, р) между основной и паразитной составляющими поляризации от углов наблюдения 9,9 . Знания этих первичных параметров достаточно для определения вторичньщ параметров: коэффициента элчнптнчности г, и угла ориентации большой оси эллипса поляризации как функций углов 9, р .
Следует указать, что как полярюационная характеристика антенны (10.20), так н амплитудная Р(9,р) не зависят от положения начала координат. Днираммы нюравленности на заданной поляризации поля при учете амплитудных н поляризационных свойств антенн могут быть представлены а аилс Р(9,р)а(9,9) '(Д(9,р)а(о,р)1 г (9,р),/3-аг(О,р) [Р(9 ) ф г(9 Фазояи зхйыкигерисигика аишениы. Мнимый показатель степени Ф(9,Р) третьего сомножителя в выражении (10.16) — фгпсеах «аракмериспика какраелсккщ спи актсккы по главной поляризации излучения.
Она характеризует изменение фазо вого сдвига компонента главной поляризации при перемещении точки наблюдения по поверхности большой сферы рациуса г с центром в начале выбранной системы координат и, следовательно, зависит от этого выбора. 420 Помимо фазовой характеристики Ф(В,Р) вводятся эквифазные поверхности в дальней зоне, т.е. поверхности, на каюрых фаза каилолекта главной поляризации сохраняет одинаковое значение для всех углов наблюдения. Уравнение такой поверхности может быть представлено в виде [2] (,р) й (,р) Л (10.32) 2т Если эквифазная поверхность представтиет собой сферу (без учета возможных скачков на Л/2 при переходе через нуль амплитулной ДН), та центр такой сферы называют фазоеым иентром аимеллы. Для улаленного наблюлателя фазовый центр является той точкой антенны, откуда исходят сферические волны поля излучения. Прш стейшей фазавой характеристикой антенны является постоянная функция Ф(В,О)=Фа*я, где Ф, -константа.
В этом случае, как следует ю (10.32). зквифазные поверхности имеют вид сфер (г = сопзф и фазовый центр совпадает с начатом кабрдинат. Если же функция Ф(В,Р) непостоянна, то возможны следуюшие случаи: — антенна имею фюовый центр, не совпадающий с началом к р — антенна не имеет фазового иентра. В ка:идам ю этих случаев возможно упрашение вида фазовай ха- Рис.10.6. Олрелелеиис фаювой характеристики ракгеристнки за счет соответствуюШсго переноса начала системы координат. На рис. 10.6 с исходной системой коорлинат г.э, р с центром в точке О показано положение начала новой системы — точка гу с коорбюмтами кс,уе,зе в старой системе.
В новой системе координат г',О,р исходнвя фвзовая характеристика видоизменясгся из-за натичия разности хода лучей г соз а Ф(9ир)=Ф(О р) — Весоза=Ф(О р) — А(хсз1пфсоар+уез)пОз!пр+еесозВ). (1033) Если антенна имеет фазовый центр (первый случай), то ксюрлинаты хе, уе, зе могут быть подобраны так, что Ф'(О ф)= сопи. Это возможно лишь при условии приведения исходной фазовой характеристики к виду Фе = Л (хе ил Э соз р + у, ил О ил и + ге соз 9 + у), гдч и — некоторая константа. Отсюда можно утверждать, что антенна имеет фазовый центр только в том слуЧас, если ее фазовая характеристика может быть представлена в форме (1034).
Многие реальные антенны такие, как рупорные, спиральные, турннкетные и другие имеют фазовые характернстнкн, в той нлн иной степени отличные от (10.34) н, таким образом, пе имеют фазового центра в строгом понимании (второй случай). Однако п для таких антенн можно Указать точкУ г,Уе, га (так называемый Центр ниУчеоил), относительно которой поверхность равнь|х фю наименее уклоняется от сферической, а фазоаая хараьтеристнка наиболее близка к постоянной функпни. рассмотренные понятия фазового центра антенны н центра излучения относятся к компоненту на главной поляризации излучения. Для поля паразиткой поляризации фазоаая характернстика направленности может быть найдена с помощью соотношения Ф (Есд)-Ф(Е,Р)- (г(Е,„), где Ф(е,р) — фазовая харшаернстнка на г шалой покяришшгп; уг (еаг) — фазовый сдвиг компонента вектора параштной поляризации по отношеншо к компоненту главной поля- рнзацшг.
Здесь также могут быть введены понятия фазовою цегпра н центра излучения. 10.3. Коэффпцнепты папранлеыыого действия н уснлеинн антенны (!0 Зб) 130 Коэлзфициент направленного дейшгмня (КНД) является мерой концентрации нзлучення в пространстве, которое осуществляется антенной. Прн этом следует под- черкнуть, что направленные свойства антенны (ее направленность действия) непосрсл- стаенно связаны с характером ДН н зависят от геометрии, размеров н типа антенны, а также от ее расположения относительно проводящих экранов (например, борт леш- тельного аппарата) нлн земной поверхности.
)(оэффипнеит направленного действня (0) есть отношение значения вектора Пойнтннга П, создаваемого антенной в наинам направлении, к значению вектора Пойнтпнга эталонной антенны П в этом же направлении прцодннаковых расстояни- ях (г) ло рассматриваемой точки и равных излучаемых мошносгях (Рх=рх ); О(е,д) = — 'й, П(Е,,Р) П (1035) нлн )(НД вЂ” это числа, показывающее во сколько раз необходимо уаелнчнть мощность излучения Рв при переходе от данной антенны к эталонной, чтобы сохранить нензмен- ной напряженность поля а тачке приема. В качестве эталонной антенны используют: воображаемый абсолютно ненаправ- ленный (нзотропный) излучатель, диполь Герца, полуаолновой вибратор, рупор и тш Если за эталонную антенну принять изотропный излучатель, то в формуле (! 0.35) плотность потока мощности такого излучателя )х О(Е ) 4я" П(Е П) Значение вектора Пайнтннга П=(й Н] а дальней зоне антенны может быть записано в внпе П(Егй)= Р.
= ~ ( 'й), (10.37) 240я 240гг где А — коэффициент, не зависящий от углов 9 и р; г (О,р) — диаграмма направленноспг шпенны (ненормированная); 9 — угол, откладываемый ат нормали к оси антенны Тах как по условию Ед=рх„, мощность излучения антенны можно выразить через значение вектора Пойнтн ига известным соотношением Р,=<~П (5, 5 (10.38) )лде 2(б = г соз90(92Ьр — элемент поверхности сферы. Учитывая выражения (10.3 у) и (10.38), ддя КНД антенны получаем сл1 (9,Р) ( й(0 ) г (Вор) соя 9 2(9 0 — 22 Если необходимо вычислить КНД в направлении максимума излучения, то в чнсдитель последнего выражения необходимо подставить коардиншы этого направления ,',9 90, р=рз. Переходя при этом к записи ДН антенны в нормированном виде, для КНД в направлении максимума излучения можно записать л (10.39) (20= 2, „2 (10.40) )2(Р )' Ез(О,Р)созВ2(9 0 — и где Е(9пр) = ((В,р) Е(9,,Кч) ' В случае ДН антенны, обладающей осевой симметрией (напряженнашь поля не зависит от азимутазьного угла (О), формула (10.40) принимает вид (10.41) (30 = 2 ) Ез(9)со092(9 181 -*22 Расчет КНД для многих существующих апюнн по формулам (1ОА0) и (10.41) довольно сложен и решение в аналитическом виде может быть получено только для простых выражений дН антенны.
Поэтому КНд по указанным формулам обычно рассчитывают методом графического интегрирования или на ЗВМ. В простейшем случае ди. поля ГеРца, нормированная дН которого имеет вид Е'(О) = соя'9, вычисление по формуле (10.41) показывает, что КНД такого излучате;щ (З =1,5 . Коэффициент направленного действия антенны лежит в пределах от единиц (слабонаправлеиные антенны) ло нескольких десятков и даже сотен тысяч в случае антенн с высокой направленностью. При этом КНд тем больше, чем уже главный лепесток дН и меньше уровень бокового излучения.
Установим связь между КНД, излучаемой мощностью и напряженностью поля, которая в ряде практических случаев может оказаться полезной. В случае изотропного юлучателя плотность патока мощности (среднее значение) П = Р, /(4кг ) . Если антенна обладает направленными свойствами и излучает ту же мощность, то 1)=ухбьь/(4лг ). Ошгако П =, откуда амплитуда напряженности поля (В!м) в 1 - Е' 240 и точке наблюдения г Таким образом, замена ненаправленной антенны направленной позволяет в,/Вь раз увеличить напряженность воля в точке приема при той же излучаемой мощности. Коэффициент усиления нтненны (КУ) определясшя анваогично КНД, только сравнение ведется не по мощности излучения, а по мощностям, подводимым к антеннам.
Коэффициент усиления (О) антенны показывает во сколько раз иеабкодимо увеличить подводимую мощность при переходе от направленной к ненаправленной антенне, чтобы получить то же значение напрвкенности поля в точке приема. При этом предполагается, что коэффициент полезною действия (КПД) ненаправленной антенны равен елииицс. Из определения следует, что О(о,р)4П(е,р)ц, где 0=-йх/(ех ье„) — кпд антенны; йх и е„— сопротивления излучения (см. п. ! 0.4) и потерь соответственно. Обычно интересуются максимальными значениями КНД и КУ Оь=Е00 Коэффициент усиления простейших типов антенн таких, как симметричньш вибратор, практически совпадает с КНд, так как их КПД 0 1. Для ряла антенн, особенно с управляемым в пространстве положением ДН, 0 н 0,3 — 0,5 и даже ниже. Поэтому их КНД и КУ значительно отличыотся друг от друга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
