Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Измсрыотся КНД и КУ антенны как в абсолютных единицах, так и логарифмических (дБ): В =101ЕО~; О =10!00 . Уровень боковых лепестков ы коэффыциент обрвтного ытученнл ентенны. Уровень боковых лепестков оказывает существенное влияние на основнме параметры радиотехническик систем (например РЛС): помехозащищенность, вероятность ложного обнаружения, скрытность работы, ЭМС. Величину бокового излучения ашениы оценивают с помощью различных параметров, одним из которых является относительны н уровень боковых лепестков 4ь=~!Еы~ ЙЕ,„~ =Е„ь /Е Таким образом, Еь, предстаюиет собой отношение напряженности поля антенны в направлении максимума бокового лепестка к напряженности поля в направлении главного максимума ДН.
Обычно этот параметр определяют дл» самого большого па величине бокового лепестка и выражают в процентах или децибелах. Антенны современных радиолокационных станпнй имеют бокавыс лепестки иа уровне — 30 дБ и ниже. 132 заш оценки всего бокового излучения антсннъ~ вволят другой параметр — средний уронено йокосык Ленесткое — Р (9, р) соз Ода р, 'э 4» — Оы 'где Оы — телесный угол, занимаемый основным лепесткам по нулевому уровню из- ,дучения.
Более наглядной характеристикой бокового излучения является коэффиниенм рассея»ил Рз (О, р) сов О А!В Ар г -о„ ) Р (й,р)созВАОАр 'щжлзьпиющнй ту часть мощности, которая излучается боковыми и задними лепестками. Соагвстственно величина (1 — Р ) есть относительная доля мощности излучевия, йосредоточенная в главном лепестке ДН, т.с. зто эффектинносмь главного луча. В специально выполненных антеннах Ре =0,15..,0,! и даже меньше, в то время шш в обычных антеннах эта величина имеет порядок 0,3...0,4. Между уровнем бокового излучения и достижимым значением КНД существует авнзь.
Действительно, представив интеграл в знаменателе выражения для КНД (! 0.40) в виде суммы (с учетам обозначения Ай=созЭАЭАр ) А,= Г1 Р'(В р)АО= ) Р'(В р)АО ) Р'(Ор)Ай=А,„ьАг„, Вц3им, чта первое слагаемое пропорционально доле мощности излучения главного ле- з!метка ДН, атоРое Ае — доле мощности излУчениЯ чеРез боковые и задние лепестки ' ДН. Таким образом, выражение (10.40) для КНД может быть записано в ниле (10.42) АыА А„„А, г!ш первый сомножитель представляет собой так называемый КНд окалины ло главно- жуленосмкуДН; Оы = — = 4» 4» . фактически это КНД гипотетической ан- А Рт(9 р)г(О эвины с елинсшенным главным лепестком ДН при полном отсутствии бокового и зад, него излучения.
Таким образом, как слелует из (10.42), ддя реализации высоких КНД необхолим узкий луч н низкое значение козффипиента рассеянии (малый уровень бокового из- : аучения). Коэффициент оброс»ного излучения характеризует отношение полей (илн векторов ..11айнтинга), создаваемых антенной в направлении обратного излучения и главного макси- *МУма ДН. Зтот коэффициент измеряется а относительных единицах н децибелах. Так, в 'Члучас полуволнового внбратора коэффициент обратного излучения раасн единице. 133 10.4. Сопротивление излучении, коэффициент полезного действия н входной иыпедянс антенны Введем ряд параметров, прелставляющнх практический антерес прн возбужденнн (пнтаннн) антенн н нх аналнзе Осуществляя ннтегрнрованне вектора Пойнтлнга по поверхности сферы а дальней зоне можно вычнслнть мощность нзлучення Р (метод вектора Пайнтннга (2)).
В теарнн антенн принято выражать излучаемую мащнас!ь через так а выбранной точке антенны ! „н некоторый коэффициент — сопротлвлекне щлучення Д . Тогда с учетам представления поля антенны а виде (10.15) можно записать Р =-1,„Д = с) — г дй= — ь1, ь) Р' (О,Р)дП.. о с ) 2)р йдз о а=ы а..4 так как опРедсленный ннтегРал в (10,43) согласно (10.40) Равен 4л/ие, гле Пав КНД антенны а направлении максимального нзвучення, лля салрамаелення ящучення, отнесенного к некоторой выбранной точке шпенны, получаем йс =(Нх/ие)М4). (10.44) В (10.44) Ь„= 2,/3;Л,/(ш ) (10.45) — дейсмеующая длина аямеллы, ушанаалнааюшаа формально свщь между КНД н сопротнвленнем нзлученля прн нзвестных длине волны н параметрах среды, окружающейй антенну.
В случае днпвш 1 ерца действующая длина совпадает с длиной днполя. Для учета неизбежных потерь части подаодлмой к антенне мошностн на нагрев неидеальных проводников н нзоляторов вводится каэффнцнент полезного действня (КПД) антенны: 0 =Р /Р„=рт/(Рхэр )=Р,/(Д,ьй,) (10,46) где Р— полная входнаа мощность; Р, — мощность излучения; Д вЂ” мощность омнческлх потерь в антенне н согласующем устройстве. Этот параметр, входящий сомножкгслем в выражение коэффнпнента усиления О=ил, определяет энергетнческне показатели антенны. Входящая в (!0.46) мощность Р связана с режимом работы линни передача, нагрузкой которой является антенна, Примем в качестве входа антенны фиксированное сечение лнннн, расположенное перед согласующим устройством в области одномоло. ваго режима работы. Нормированные напряжения падающей ( и„) н отраженной ( иа ) волн в линии связаны с полнымн нормнроааннымн напряженнямн и н токами ! саотношеннямн и=и.+и, =и„(1 эГ), )=-и.-и, =и„(1-Г), тле 1 = и,/и„— коэффнцнент отражения на входе.
Отношение поллых нормированных напряжения н тока в сечении входа определяет нармараеалнае (т.е. отнесенное к волновому сопротивлению линии ) агаднае санратяваелне аятеллы: и , ! г з= =уь!я=в ! 1-Г зпги нормированную входную нроеодииость антенны: 1, 1-Г у= †=д+ю= †. 1иГ Входная мощность при этом может быть представлена в виде р = де[и! *) = ~!))' =! и !' д ~ и!' (1-!Г!') . Входящий в последнюю формулу сомножитель (1 — !Г! ) показывает уменьшение 'йколной мощности апюнны из-за рассогласования ее входа. В некоторых случаях его йглЮчают в эквивалентный коэффициент усиления: и =и(1-)г!')=Во~1-~г!'), фЧитываююий наряду с омнческими потерями в антенне потери мощности на атражелиге от ее входа.
Тй.б. Рабочаи полоса частот н предельная мощность антенны Рассмотренные выше параметры антенн соответствуют случаю работы при монакроматичсских колебаниях, т.е. на одной частоте. В реальных радиосистемах используются сигналы с конечным !узким) спектрам и широкополосные Кроме того, возмшкиа смена несущих частот колебаний, Поэтому важными параметрами антенн явля)азся: рабочая паласа частот, в пределах которой параметры ие выходят за допусти'мые пределы и рабочий дианаэон частот. Требуемая рабочая полоса частот характеризуется спектром передаваемого антенной сигнала, т.е. условием одновременного излучения (или приема) заданного спектра частот, а рабочий диапазон частот — условием Работы антенны последовательно во времени на различных участках этого диапазона, т,е. допускает в принципе при изменении рабочей частоты радиосистемы синхронное ',изменение некоторых параметров антенны.
Гранины рабочей полосы частот определяются чаде всего наиболее зависящим от часппы параметром В одних случаях паласа частот ограничивштся ухудиюнием согласоваяия входа, т.е. снижением КБВ ниже допустимога значения, а других — изменением поЛажеиия максимума ДН, расширением луча и падением КНД и др. Возможны случаи, копшнижнес н верхнее значения паласы частотераничнваются Рииыми факторами.
К узкополоспь!м относят антенны с рабочей полосой (2ду//')100уьс10',4, к шиРокополосным: !2ду)у)100нд>10...50ЗЗ . днапазонные антенны могут занимать в налом напасу частот до нескольких октав. Если отношение верхней и нижней границ рабочей полосы постигает 5;1 и более, то антенны считают частотно-независимыми или сверх- :широкополосными.
К важным параметрам псредаюших антенн относится нредешная рабочая мощность. Эта мощность зависит от электрической прочности как диэлектриков антенны, звк н акружшошей антенну среды. Кроме того, лри больших уровнях подводимой ко 'входу антенны мощности возможен тепловой пробой из-за перегрева диэдектрикав и 'ззроводников прохоляшей высокочастотной мошностью. Все эти моменты должны учи; тываться при расчете н конструировании антенн. 130 Глава 11 Симметричный вибратор 11.1. Постановка ы строгое решеыне задачи о распредедеыиы тока ыа ныбраторе Простейшей н наиболее распространенной антенной является симметричный вибратор.
В наиболее простом варианте он предсшвляст собой прямолинейный проводняк длиной 2! радиуса а, питаемый в середине от генератора токами высокой частоты (рцс. 11.1). Рис. 1 !.!. Снимегрнчимй вибратор Если радиус проводников вибратора а «1, а «А, то такой вибратор называется тонким. Математически строго задача об излучении симметричного вибратора сводится к рсшешпо уравнений Максвелла, удовлетворяющих !раничным условиям иа поверхности аибратора при заданных сторонних токах и условию излучения (поле на большом расстояние от вибратора должно представлять собой уходяшую сферическую волну).
Если вибратор является идеально проводящим, то граничные условия иа его поверхности сводятся к равенству нулю касательной составляющей напряженности электрического поля б, = О всюду, исключая точки приложения сторонней ЭДС. На участке действия генератора высокой частоты, т.е. в точках приложения сторонней ЭДС, нулю равна сумма касательных составляющих сторонней ЭДС и напряженности электрического поля. Существует лва метода строгого решения аиутреккей задачи, т.е, определения закона распределения излучающих токов на поверхности внбратара; метод илк!юрадифферекяиальнага уравнения н метод сабстаеинык фуикций.
Остановимся кратко на первом методе. Решив внутреннюю зацачу, можно переходзггь к внешней задаче — определению ДН вибратара н других параметров. Будем рассматрнвать симметричный вибратор (рис, ! 1.2), плечи которого выполнены нз очень тонкого полого цилиндрического проводника,(йа «!) с бесконечно тонкими стенками Между плечами аибратора включен источник ЭдС, создающий а кольцевом зазоре шириной Ь напряженность стороннего электрического полн Е„ (рис. !!.2,а). Так как напряженность электрического поля в зазоре (щели) связана с плотностью поверхностного магнитного тока соотношением Ю,",= — (вй ), можно считать, что вибратор возбуждается сторонним кольцевым магнитным током (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
