1tom - 0690.htm
90
X ш
И, наконец» при г>.02/Я волновой фронт становится сферическим, поле убывает как г'1 и осцилляции амплитуд в направлении распространения практически исчезают. Это дальняя зона А,, где размер первой зоны Френеля становится больше раскрыва А. и где уже можно оперировать с обычным понятием ДН, т. е. зависимости амплитуды ноля только от угловых координат,
Параметры антенны. ДН в общем случае записывается как комплексная ф-ция полярного 0 и азимутального <р углов:
<Г(6, Ф)-<Г{6, ф)е(6, Ф)ехр[гФ(9, <р)],
где £р (9, ф) ≈ амплитудная ДН, обычно равная 1 в направлении г л а в н о г о м а к с и м у м а, е (6, ф) ≈ единичная векторная функция, поляризационная ДН, Ф (0, ф) ≈ фазовая ДН. Кроме амплитудной, часто используют ДН по мощности F(Q, <p)=l(SF(0, ФМ8 ≈ угл. распределение плотности потока энергии излучения А. в дальней зоне.
Обе эти ДН сложных А, имеют лепестковую структуру, обусловленную интерференцией волн, излучаемых и рассеиваемых разл. элементами А. Там, где сикфазно складываются поля всех элементов, формируется максимум, наз. главным. ДН <JF(6, ф) и /(9, ф) обычно изображают в виде «объ╦мной», рельефной картины, контурной карты с линиями равных уровней либо с помощью отдельных плоских сечений, чаще всего двух ортогональных плоских сечений, проходящих через направление гл. максимума и векторы Е и Н (рис. 13). Т. к, осн. часть мощности, излучаемой А,, сосредоточена в гл. лепестке, направленность излучения характеризуется его шириной, обычно но уровню половинной мощности Дб0)6, иногда ≈ углом между ближайшими нулями. Величина A60i5 определяет угловое разрешение А, и может быть приближ╦нно оценена (в радианах) как A00l5^V_O <1 (D ≈ размер А. в измеряемом сечении ДН) для остронаправленных А. с максимумом излучения, ориентированным перпендикулярно плоскости излучающего раскрыва (А. с поперечным излучением). Это соотношение совпадает с Рэлея критерием, используемым в оптике для оценки разрешающей способности
Рис, 13.
Рис, 14. Диаграммы направленности электрического и: магнитного диполей.
96
систем. В т. н, сверхнаправлонных А. эго ограничение можно преодолеть за сч╦т создания резко осциллирующею фазового распределения (неустойчивого к малейшим флуктуациям). Кпд таких А, весьма мал, т. к. подавляющая часть энергии заключена в реактивном поле. При уменьшении отношения D/K ДН расширяется» однако даже у предельно малой А, ДН не является полностью изотропной из-за векторного характера эл,-магн. поля (в акустике возможны изотропные ДН). Напр., ДН электрич. и магн. диполей имеет вид торои-да, ось к-рого совпадает с осью диполя (рис. 14). Для А., излучающие элементы к-рых расположены вдоль нек-рой оси и питаются со сдвигом фаз, ориентирующих
максимум излучения вдоль этой оси, &&0^~(К/В)1^ (А. с продольным излучением).
Кроме главного, ДН содержит боковые и задние лепестки. Формирование этих лепестков удобно про-
следить на примере осесимметричной зеркальной А., где качественно боковые лепестки можно представить как результат интерференции «краевых волн», отразившихся от противоположных кра╦в раскрыва. На рис. 15 заштрихованы переходные области границ свет≈тень, а кривые ≈ гиперболы, линии пост, разности хода Я, 2Я, .,., пК от противоположных кра╦в раскрыва, соотв. максимумам первого, второго..., п-то боковых лепестков (т. е. краевые волны от обоих кра╦в приходят в фазе и их амплитуды складываются). Очевидно, боковой лепесток можно качественно считать сформировавшимся, если соответствующая ему гипербола вышла за пределы заштрихованной области. По мере увеличения номера лепестка гиперболы приближаются к раскрыву А,, т. е, дальние боковые лепестки формируются ближе к А. Задние лепестки определяются излучением облучателя А., прошедшим мимо зеркала, и дифракцией этого излучения на краях зеркала. Обычно можно считать, что по мере удаления от А. общая энергия, излучаемая в задние лепестки, оста╦тся неизменной и лишь перераспределяется по углам. Шероховатости поверхности зеркала и детали конструкции А., рассеивая поле облучателя, приводят к появлению в ДН «фона» бокового и заднего излучения.
Кроме ДН по амплитуде и мощности часто исполь- Рис. 15, Формирование боко-
зуют поляризационные и фа- Вых леп5?Л≥^«Еаммьс на"
∙п-тт IT TY тт прэвлбнности. зовые ДН. Поляризац. ДН
е(6, ф) ≈ это зависимость поляризации поля (ориентации вектора -Е) от направления в дальней зоне (векторы jfr и Н в дальней зоне лежат в плоскости, нормальной к направлению распространения). Различают линейную и эллиптич, (в частности, круговую) поляризацию (см. Поляризация волн). Если плоскость, проходящая через е и п (направление распространения), с течением времени не меняет своей ориентации, то поляризация поля линейная, если конец вектора е описывает в плоскости, перпендикулярной л, эллипс или окружность (по часовой стрелке относительно п ≈ правое вращение, против ≈ левое), то поляризация эллиптическая или круговая. В общем виде поляризац. свойства полей излучения А, удобно описывать такими энер-гетич. параметрами, как матрица когерентности или Стокса параметры. Последние имеют размерность ллотности потока энергии и могут быть непосредственно измерены, что позволяет экспериментально исследовать поляризац. ДН.
Фазовая ДН Ф (6, ф), в отличие от амплитудной, зависит от расположения начала координат на А. Если можно найти такое положение начала координат* относительно к-рого фаза постоянна (не зависит от угла) или скачком меняется на ±л при переходе от одного лепестка ДН к другому, то такое начало координат наз. фазовым центром А. Обладающую фазовым центром А. можно считать источником сферич. волн. В большинстве случаев А. не имеют фазового центра. Поэтому часто вводят условный фазовый центр ≈ центр кривизны поверхности (или линии) равных фаз в заданном (обычно ≈ главном) направлении.
Энергетические параметры излучения антенны. Важными параметрами А. также являются: КНД D (6, ф), коэффициент усиления G = Dr\\, где t] ≈ кпд А., коэффициент рассеяния р ≈ доля мощности, излучаемой вне гл. лепестка (или любого телесного угла) ДН, ср, уровень боковых лепестков а, а также диапазонность (полоса частот). КНД D (9, ф) характеризует степень концентрации (выигрыш) по мощности в данном направлении. Он равен отношению мощ-
")
}
