Файл: Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека.pdf

Определяются при R ^ o о, -в то время как в (4.2.6) эти характеристики представлены в виде функций расстоя­ ния.

4.2.2. Дальнее поле синфазных апертур. Дальнее поле синфазных апертур является наиболее исследованным. Как правило, определение характеристик дальнего поля проводят для двух практически важных типов апертур: прямоугольной и круглой. Не отступая от этой тради­ ции, рассмотрим характеристики прямоугольной аперту­ ры, предварительно задавшись функцией амплитудного распределения поля в раскрыве.

Наибольший практический интерес представляет функция типа «косинус в п-й степени на пьедестале»:

Эта функция выбором параметров п и а, характери­ зующих соответственно степень спада поля к краю апер­ туры и относительный уровень поля на краю апертуры, позволяет с достаточной степенью точности аппроксими­ ровать реальные амплитудные распределения (в том числе и так называемые тейлоровские), создаваемые ру­ порными облучателями в раскрывах зеркальных антенн. Практическое значение в (4.2.8) имеют лишь несколько

ная и синфазная, а функция амплитудного распределе­ ния іюля по апертуре является разделяющейся (т. е. мо­ жет быть представлена в виде произведения функций распределения вдоль каждой из сторон апертуры), то КНД такой апертуры в дальней зоне определяется фор­ мулой [156]

В табл. 4.2.1 приведены расчетные значения ка и къ

для п= 1, 2, 3 и а = 0,1; 0,447 (—7 дБ); 0,316 (—10 дБ); 0,178 (—15дБ ); 0,1 (—20дБ); 0,0562 (—25дБ) и 0. От­

меченные значения п и а и в дальнейшем будут исполь­ зоваться нами как наиболее характерные.

Таким образом, зная параметры п и а функции ам­ плитудного распределения поля вдоль каждой из сторон апертуры, можно по формуле (4.2.9) определить КНД антенны в дальней зоне. При изменении уровня освеще­ ния краев апертуры кроме изменения КНД изменяется и уровень бокового поля и, в частности, уровень первого бокового лепестка (табл. 4.2.1).

Диаграмма направленности, т. е. зависимость поля

излучения от углов Ѳ и ср, обычно определяется не в са­ мом общем виде (пространственная диаграмма), а для характерных («главных») плоскостей, какими являются

плоскости Ѳ, или xoz (ср = 0), и ср, или yoz (ф=90°) (рис. 4.2.1 и 4.2.2). В связи с этим задача расчета диаграммы направленности в каждой из этих плоскостей сводится к двумерной, т. е. к расчету в этой плоскости диаграммы направленности линейного излучателя длиной, равной размеру соответствующей стороны апертуры с соответст-

1 00

Рис. 4.2.2. Система координат, используемая в практических рас­ четах:

Вершины углов Ѳ и ф находятся в физическом центре апертуры. Коэффи­ циенты k определяются раздельно для каждой плоскости (Ѳ и ф).

вующим распределением поля. На рис. 4.2.6—4.2.11 штрих-пунктирной линией показаны диаграммы направ­

ленности для п = 1,2 и а = 0,316; 0,1; 0.

При расчете характеристик поля круглой апертуры полагают, что амплитудное распределение поля сим­ метрично относительно центра апертуры. В связи с этим интегрирование удобней выполнять в полярных коорди­ натах, а для аппроксимации амплитудного распределе­ ния использовать другой тип функции, а именно:

для круглой апертуры L = 2 a ); 0<^;p^L/2, 0^а<с:1, п = = 0, 1, 2, ... В этих условиях КНД апертуры рассчиты­ вается по формуле (4.2.9), а коэффициент использова­ ния может быть определен из табл. 4.2.2. Там же при­ ведены значения уровня первого бокового лепестка диа­ граммы направленности.

Диаграмма направленности круглой апертуры в силу круговой симметрии амплитудного распределения обла-

101

Т а б л и ц а 4.2.2

Расчетные значения k aa„ круглой апертуры и уровня 0[

для функции распределения (4.2.10)

дает симметрией относительно электрической оси. На рис. 4.2.12—4.2.17 штрих-пунктиром показаны диаграм­

мы направленности для п= 1,2 и а.= 0,316; 0,1; 0.

Для расчета огибающих дальних боковых лепестков

можно воспользоваться результатами [66], где приведены огибающие бокового излучения цилиндрического и осе­ симметричного зеркал для фкр= 30°; 60°; 90°, нормиро­ ванные к максимуму главного лепестка диаграммы на­ правленности. При пользовании графиками [66] надо

иметь в виду, что они относятся к случаю а>0,2 ... 0,3 и дают значение огибающей максимумов нормированной диаграммы направленности по напряженности поля (а не по мощности).

До сих пор понятие дальней зоны употреблялось только в ка­ чественном смысле, так как не было необходимости в установлении специального критерия. Теперь, после того как приведены выраже­ ния для характеристик дальнего поля зеркальной антенны, есть воз­ можность определить область их применения.

Как правило, ближняя граница дальней зоны по осевому полю (Rд) определяется по наибольшему размеру апертуры антенны:

где Lмакс — максимальный линейный размер апертуры. Очень часто Тмакс = 2 b и тогда Rn=RÂb=Sb2IX.

В области краевого дифракционного излучения из-за особенно­ стей его механизма формирования границу дальнего поля с достэ.

102

точной для практики степенью точности вне области основного излу­ чения зеркальной антенны .можно полагать равной

где L равно 2а или 2Ь. Из (4.2.12) видно, что в этом случае RÄ не зависит от длины волны.

4.2.3.Ближнее поле синфазных апертур. В отличие от

дальней зоны, в ближней зоне коэффициент усиления и диаграмма излучения синфазной апертуры являются функциями расстояния. Выражение для КНД прямо­ угольной синфазной апературы в зоне Френеля для функции типа (4.2.8) имеет вид [70]

расчетных формул довольно сложен, поэтому на прак­

лой синфазной апертуры по аналогии с (4.2.13) получа­

Для диаграмм излучения по мощности прямоуголь­ ной апертуры в каждой из двух взаимно перпендикуляр­

Fa(x, u) = V x e x p ( j ^ - ) \ c ( ü ' 0) + c{ü0)

- iS (Vо ) - is (ц0)],

2 Ух

103