Файл: Каплун, В. А. Обтекатели антенн СВЧ (радиотехнический расчет и проектирование).pdf

дает cp = ф0. Это значит, что максимум диаграммы направленности, соответствующий без обтекателя направлению ß = 0, отклоняется об­ текателем в направлении градиента фазы коэффициента прохождения.

После подстановки полученных соотношений в (2.12) найдем

где к — волновое число.

С физической точки зрения это соотношение показывает, что макси­ мум диаграммы направленности антенны с обтекателем отклоняется на угол, соответствующий углу наклона фазового фронта в фиктивном раскрыве антенны I—I, появившемуся вследствии влияния обтека­ теля.

Для малых смещений диаграммы, имеющих место при регулярных обтекателях, величина максимума по мощности определяется (как это следует из (2.11)) следующим соотношением:

\F (ß, <p)|2 = |7 T |F 0(ß) I2-

Иначе говоря | Т |2 есть коэффициент прохождения обтекателя в на­ правлении максимума диаграммы направленности.

Итак, при расчете регулярных обтекателей их коэффициент про­ хождения может быть определен как коэффициент прохождения пло­ ского слоя, соответствующего по конструкции и геометрическим раз­ мерам участку стенки обтекателя, пересекаемого геометрической осью антенны. Пространственное же смещение диаграммы направленности определяется углом наклона фазового фронта в плоскости вынесенной фиктивной апертуры, т. е. градиентом фазы Ѵф.

Аналитическое определение градиента Ѵфчрезвычайно сложно даже для простых по форме обтекателей (таких как полусфера, параболоид вращения и т. п.), симметрично расположенных антеннах и простых по структуре стенках. Поэтому целесообразно применять графо-

28

аналитический метод с использованием «лучевого» представления излу­ чаемой или принимаемой антенной волны. При этом для выбранной структуры стенок регулярного обтекателя оказывается необходимым знать зависимости набега фазы от угла падения ф = / (Ѳ) для двух зна­ чений поляризации падающей волны относительно плоскости падения: параллельной и перпендикулярной.

Углы падения волны, излучаемой антенной, на поверхность об­ текателя в заданном сечении (или сечениях) целесообразно также на­ ходить графическим путем. При известных углах падения, поляриза­ ции падающей волны по отношению к плоскости падения и конструк­ ции стенок обтекателя фазовый набег для каждого «луча» (участка

фронта падающей волны) находится с помощью заранее рассчитанных или измеренных на плоских образцах кривых ф = / (Ѳ). Полученные результаты определяют фазовую характеристику ф = / (0) в фиктив­ ном раскрыве. Аппроксимация этой характеристики прямой (например, по методу наименьших квадратов [18]) позволяет найти искомый гра­ диент Ѵф. В качестве примера на рис. 2.3 показано диаметральное се­ чение однослойного обтекателя (со стенками, по толщине близкими к по­ луволновым), расположенная под ним антенна и найденное графиче­ ским путем фазовое распределение в фиктивном раскрыве I—I ф — / (а). Там же приведена характеристика ф = / (Ѳ), с помощью которой полу­ чены значения ф. Все данные соответствуют случаю, когда плоскость поляризации электромагнитной волны совпадает с выбранной плоско­ стью сечения обтекателя, а диэлектрическая проницаемость материала стенок равна 5,0.

Относительно определения фазовых набегов в сечениях, для которых про­ ходящая волна будет произвольно поляризована, необходимо сделать специаль­ ное замечание.

Величина комплексного коэффициента прохождения Т — \ Т |eJ^, а именно его модуль I Т I и набег фазыфдля диэлектрических стенок любой структуры, зави­

сят от поляризации падающей волны.

При прохождении через диэлектрические слои различно поляризованные со­ ставляющие ведут себя по-разному. Поэтому, если на неплоский слой падает пло­ ская линейно-поляризованная волна, то в каждой точке за слоем прошедшая вол­ на, кроме составляющей в плоскости поляризации падающей волны, будет иметь еще поперечную составляющую. Поэтому для нахождения комплексного коэф-

2а

фициента прохождения в произвольном случае нужно разложить падающее поле на две составляющие, поляризованные перпендикулярно и параллельно плоскости падения, определить для каждой, из составляющих комплексный ко­ эффициент прохождения, сложить векторно обе полученные после прохождения составляющие и лишь затем найти проекцию результирующего вектора поля на интересующую нас плоскость — плоскость полязризации падающей волны.

Рассматривать отдельно перепендикулярно (или параллельно) поляризован­ ную составляющую и находить по каждой из них диаграмму направленности антенны было бы неправильно, так как при неплоской поверхности обтекателя величина каждой цз составляющих меняется от точки к точке.

Итак, рассмотрим линейно поляризованную волну с амплитудой Е0, падаю­

щую на поверхность регулярного обтекателя. Разложение поля этой волны на две составляющие может быть представлено следующим выражением:

странения и соответственно перпендикулярный и параллельный плоскости падения; _

а — угол между вектором поляризации Е и вектором к_|_.

Направление вектора Е одно и то же для всех точек поверхности обтекателя,

ио разложение этого вектора на составляющие различно в каждой точке, так как различно направление нормали к поверхности обтекателя, а следовательно, и век­

выражение для ее электрического поля будет следующим:

Пользоваться этим выражением на практике достаточно сложно. Однако при регулярных обтекателях, когда для центрального «луча» в раскрыве антенны имеется лишь одна составляющая поляризации (перпендикулярная или парал­ лельная), это соотношение может быть упрощено.

Так, если для центрального луча а мало, то

Если же для рассматриваемого обтекателя и антенны удовлетворяется усло­ вие а < р, то всегда можно считать а 2 ж 0, т. е. что

30

Рассмотренную выше методику и полученные результаты можно применить для определения смещения равносигнальной зоны скани­ рующей антенны за счет регулярного обтекателя, расположенного в ближней зоне антенны.

Если диаграмму направленности антенны вблизи равносигнальной зоны, положение которой определяется углом ßp, аппроксимировать прямой, то для левого и правого лепестков, образующих равносиг­

тизна диаграммы в точке, соответствующей равносигнальнои зоне.

Рис. 2.4. Смещение равносигнальной зоны обтекателем.

С учетом вносимых обтекателем искажений выражения для аппрок­ симируемых участков диаграмм будут следующими:

где I 12 и I Т 212— коэффициенты прохождения для левого и правого лепестков диаграммы направленности; Aßx и Aß2 — смещение макси­ мумов этих лепестков за счет обтекателя.

31