Файл: Каплун, В. А. Обтекатели антенн СВЧ (радиотехнический расчет и проектирование).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 128
Скачиваний: 2
Из (2.19) далее с учетом сделанных замечаний получается, что
а |
I 74 е—/[ку (sin ß Т Sin V) -Ь-ф] |
|
||
F = |
(2.53) |
|||
1 _ р |
dy. |
|||
—а |
е—/ (£+ 4)— /к2хо cos ß |
|
||
|
|
|
||
Умножая полученное выражение для F на комплексно-сопряженное, найдем соотношение для расчета диаграммы направленности антенны в дальней зоне по мощности с учетом влияния диэлектрического слоя. С точностью до постоянного коэффициента
£о 1Т [2 |
sin2 U |
(2.54) |
|
W- |
|
(1 — р)2 + 4р sin2 -(i + |
|
|
4+2/cx0cos ß) |
|
где U = /да (sin ß -+- sin у).
Нетрудно видеть, что выражение для | У | 2 состоит из двух сомно-
„ |
- „ |
sin2 U |
жителей. Один из |
них представляет собой зависимость |
вида —jß - |
и определяет форму диаграммы направленности антенны без диэлект рического слоя, другой — учитывает влияние диэлектрического слоя
иэффект взаимодействия его с антенной. Этот сомножитель
m |
a_____________ |
M |
(2.55) |
■1 |
|
||
(£+11+2/0:0 cos ßj |
|
|
|
(I — р)2 -j-4p sin2 у |
|
|
может быть назван коэффициентом модуляции диаграммы направлен ности.
С учетом (2.55) окончательное выражение для диаграммы направ ленности антенны с диэлектрическим слоем вблизи раскрыва будет следующим:
\F\Ü= E I M S^ ~ - , |
(2.56) |
Проанализируем полученные соотношения.
Из (2.55) видно, что коэффициент модуляции М — периодическая функция с периодом А./2; абсолютная величина ее изменяется гармони чески при изменении х0. Экстремумы имеют место при
sin2 (Е +- г)+ 2кх0cos ß) = Q,
|
sin2 |
|
|
|
= ; |
|
|
|
у ( £ - И |
+ 2;cxoeos ß) |
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|||
они равны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
(7 Г ^ Г |
и |
= |
|
(2.57) |
Поскольку |
всегда |
р < |
1, М мако > |
| Т |2, ЛГмип< | ! Г | а |
и только |
||
lim М — I |
Т I2. Если |
положить, |
что |
| Т |2 близко к единице, |
что часто |
||
р * 0 |
|
|
|
|
|
|
|
3 Зак. 424 |
65 |
имеет место на практике, то условие Л4Макс ^ 1, как видно из (2.57), будет иметь место при выполнении неравенства
- у і - і я і
Это неравенство определяет условие, при котором с помощью диэ лектрического листа можно подсогласовывать антенну со свободным пространством и тем самым увеличивать излучаемую ею мощность.
На рис. 2.32 приведены кривые М = / (х0) |
для трех значений р = |
|||||||||||
= \ rR I |
при I Т \ 2 = |
0,85. |
Из |
кривых видно, |
что при р ^ |
0,09-имеют |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.32. Зависимость коэффици |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ента |
модуляции от |
расстояния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
между диэлектрическим листом и |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
раскрывом антенны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-----------рассчитанная кривая (р=0,135); |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-О—О-----рассчитанная кривая (р=0,09); |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■-------------рассчитанная кривая (р=0,03); |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
© © ® — экспериментальные |
данные |
||
0 |
8 |
ю |
12 |
іч |
16 |
18 |
го |
гг |
х 0 |
(р—0,135). |
|
|
|
|
|
||||||||||
место такие значения х0, |
при которых М > 1, и, следовательно, |
отда |
||||||||||
ваемая антенной мощность I/7!2 при наличии диэлектрического слоя |
||||||||||||
больше, чем без него. |
|
|
|
0 и у Ф 0, |
|
|
|
|||||
Рассмотрим далее случаи у = |
отметив предварительно, |
|||||||||||
что, |
поскольку |
cos ß — четная |
функция, |
коэффициент |
модуляции |
|||||||
М (при х0 = |
const) — также четная функция относительно |
ß. |
|
|||||||||
В первом случае, |
при котором параметр |
U является лишь функ |
||||||||||
цией ß (2.56), изменение коэффициента модуляции М за счет х0 приво дит только к изменению величины максимума диаграммы направлен ности антенны, т. е. коэффициента усиления G без смещения направле ния максимального излучения. Коэффициент усиления антенны, таким
образом, яляется функцией х0, т. |
е. G = / (х0). |
Расчетные диаграммы |
||
направленности для у = 0, р = |
0,09, | Т |2 = |
0,85 |
и £ + |
г| ■= 270° |
при разных значениях х0 и соответствующая кривая |
G = / |
(х0) при |
||
ведены на рис. 2.33. |
|
|
|
|
Во втором случае максимальное излучение осуществляется под углом у к оси антенны и параметр U — функция углов ß. Коэффици ент модуляции, являясь функцией только ß, обусловливает в этом случае ассиметричные искажения диаграммы направленности антенны и, как следствие, изменение ее пространственной ориентации на угол Aß. Следовательно, при у Ф 0 функцией х0 являются как коэффициент усиления антенны, так и направление максимального излучения:
G — f (х0), |
Aß = |
/ (х„). |
|
|
На рис. 2.34 показаны диаграммы |
направленности |
антенны |
для |
|
у = 30° р = 0,135, I Т 12 = 0,85 |
и £ + |
т] = 270°; у = |
30° р = |
0,03, |
66
[Т\2 = 0,85 и -S + т] = 270° |
при |
различных значениях х0, |
а также |
|||||
соответствующие |
кривые G = |
/ (х0) и Aß = /(,г0). Приведенные дан- ' |
||||||
ные показывают, |
что даже при небольших значениях р и | Т | 2 (р = |
|||||||
= 0,03 I Т 12 = 0,85) |
отклонения |
диаграммы |
направленности |
весьма |
||||
существенны — до 5 |
минут. |
Меньшим коэффициентам отражения со |
||||||
ответствуют меньшие угловые отклонения Aß. Поэтому очевидно, что |
||||||||
\£Г |
|
при проектировании |
антенны и обте |
|||||
|
кателей |
необходимо, |
чтобы |
первые |
||||
|
|
|
были хорошо согласованы с окружаю |
|||||
|
|
|
щим пространством, |
а вторые — об |
||||
|
|
|
ладали |
бы |
высоким |
коэффициентом |
||
|
|
|
прозрачности. При этом угловые от |
|||||
|
|
|
клонения диаграммы |
направленности |
||||
|
|
|
будут минимальными. |
|
|
|||
G
а) |
|
Ю |
|
Рис. 2.33. Зависимость характеристик излучения антенны от расстоя |
|||
ния между ее раскрывом и диэлектрическим листом: |
|||
а — рассчитанная |
диаграмма направленности (у=0°; |
р=0,09; |
17* 12=0,85); |
б — рассчитанный |
коэффициент усиления (у=о°; |
р=0,09; |
|Т |2=0,85); |
|
|
|
О О О |
|
— экспериментальные данные |
(р=0,09). |
|
|
|
|
|
||||
Эти выводы хорошо подтверждаются экспериментом. На рис. 2.32, |
|||||||||||||||
2.33 |
и 2.34 |
приведены |
экспериментально |
измеренные данные (точ |
|||||||||||
ки) |
соответственно |
'для |
зависимостей |
М = f (х0) |
при |
р = |
0,135; |
||||||||
G = |
f (х0)при у = |
0 и р = |
0,09, а также для G = f (х0) и Aß = |
|
/ |
(х0) при |
|||||||||
7 = |
30° и р = 0,135, |
хорошее |
совпадение |
которых с |
расчетными |
||||||||||
данными говорит о правильности теоретических предпосылок. |
|
||||||||||||||
Рассмотрим1,0 |
в заключение поведение исследованных выше харак |
||||||||||||||
теристик при увеличении х0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
о,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
х0 необходимо учитывать |
||||||
При безграничном увеличении расстояния |
|||||||||||||||
рассеяния энергии. |
Принимая |
эффективную |
поверхность |
рассеяния |
|||||||||||
- 4 - 3 - J - 1 |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 Р ,град |
16 |
20 22 |
20- |
2В |
|
х 0 |
|||
антенны As, |
а коэффициент ее усиления |
при |
рассеянии |
Gs, |
для до |
||||||||||
статочно большого х0 в первом приближении можно получить [34] сле дующее выражение для /і-й отраженной волны ц плоскости раскрыва антенны:
_і_
( A |
Q |
\ |
о |
— 5- |
5- |
) |
е / ('М -л Ц -п т ))— f t (2пх0 cos ß+ і/sin ß) (2 58) |
4лх% |
j |
|
|
Для общего же поля, являющегося результатом суперпозиции всех полей в раскрыве антенны (2.58),
I е—/Ф — /КІ/Sln ß
(2.59)
1 е— (5 + 11) — (К2.Ѵ„ cos ß
3* |
67 |
где |
|
|
|
|
|
|
|
</•=-- |
4пд:^ |
ІЯ I- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда с учетом (2.59) при достаточно большом х 0 имеем |
|
|||||
|Я Р -= |
Е0 \ Т \ 2 |
|
sin2 U |
■Е \М |
, sin2 U |
(2.60) |
|
О —<7)3+4<7sin2 [І/2(| + 11 + 2кх0cos ß)] |
U2 |
|
т |
|
|
Полученное выражение отличается от (2.56) коэффициентом моду ляции M', в котором параметр р заменен на q. Так как q обратно пропорционально расстоянию х0, то эффект воздействия диэлектри-
Ы*
р "V
о 4
22 26 '30 Л |
38 42 Хд |
а) в)
Рис. 2.34. Зависимость характеристик излучения антенны от расстоя ния между ее раскрывом и диэлектрическим листом:
а — рассчитанная диаграмма направленности (у=30°; р =0,315; 17" 1г=0,85);
б — рассчитанный коэффициент усиления (7=30°; |
р=0,135; |
| Т 11=0,85) |
и экспе |
|
риментальные данные; в — рассчитанные угловые ошибки |
(-----7=30°; р=0,135; |
|||
IТ12= 0,85“; --------- 7=30°; р= 0,03; |
| 7" | “==0,85) |
н экспериментальные |
резуль |
|
таты (Q |
О О р = 0,135). |
|
|
|
ческого слоя на диаграмму направленности антенны (определяемый величиной коэффициента М') при большом его удалении от раскрыва быстро убывает. Этот вывод хорошо подтверждается экспериментом; при значительных расстояниях диэлектрического обтекателя от раск рыва антенны величина осцилляций G и Äß с изменением х0 делается достаточно малой. На расстоянии х0« (25-^30) Я эти осцилляции прак тически пропадают.
В проведенном рассмотрении предполагалось, что | Т |2 = const. Если I Т 12 зависит от угла ß (угла падения волны на диэлектрический слой), то картина значительно усложняется и в конечном итоге прост ранственное смещение диаграммы направленности увеличивается.
68
Чем больше меняется величина коэффициента прохождения в за висимости от ß, тем большие смещения диаграммы имеют место.
Итак, полученные результаты позволяют прогнозировать иска жения диаграмм направленности (в том числе и их угловые смещения) за счет многократных отражений высокочастотной энергии между раскрывом антенны и поверхностью обтекателей.
Очевидно, что вредное влияние многократных отражений между раскрывом антенны и стенкой обтекателя будет проявляться и при от личных от плоской формах обтекателей. Однако эффект их влияния за счет кривизны поверхности обтекателя в этом случае будет меньшим.