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

)

Вновом равносигнальном направлении ßp справедливо равенство

^і №р) = ^ Ж ) -

Врезультате несложных вычислений находится смещение равно­

сигнальной зоны Да = ßp — ßp

öß P=ßp

Это выражение, справедливое для остронаправленных антенн, опреде­ ляет смещение равносигнальной зоны регулярным обтекателем.

Приведенные в данном разделе расчетные соотношения дают доста­ точно хорошие результаты для обтекателей, у которых радиусы кри­ визны не превосходят значений (1,5 -ь 2,0)А.

Рис. 2.5. Характеристики, угловых ошибок в зависимости от радиуса скругления вершины обтекателя:

На рис. 2.5 показано сравнение результатов расчета величины от­ клонения равносигнального направления в зависимости от угла скани­ рования антенны под обтекателем а, полученных с помощью соотно­ шения (2.15), с экспериментальными данными для двух обтекателей, радиусы кривизны р у которых составляют 2А, и 0,65А [92], [101]. Если для обтекателя с р = 2А соответствие этих данных удовлетворительное, то для обтекателя с р = 0,65А имеет место достаточно большое их рас­ хождение как по характеру зависимости Аа = / (а), так и по величине отклонения Аа.

32

Регулярный обтекатель в промежуточной зоне антенны

Если регулярный обтекатель нельзя считать расположенным в ближней зоне антенны, то при расчете диаграмм направленности необходимо определять мощность, принимаемую антенной с разных направлений (излучаемых антенной в разных направлениях) после прохождения электромагнитных волн через обтекатель. Методи­ чески в различных ситуациях решение этой задачи может оказаться

правлении двух полярных углов ßx и ßl.

Для определения поля в дальней зоне для каждого полярного угла по заданному распределению в фиктивном раскрыве применяется мето­ дика, изложенная выше.

Поле в направлении полярного угла ßx определяется выражением, аналогичным (2.7), но при замене ß на ßx. Причем предполагается, что, во-первых, начало координат лежит на пересечении среднего «луча» антенны с данным вынесенным раскрывом (для угла ßj) и, во-вторых, распределение поля по раскрывуантенны (без обтекателя) осесиммет­ рично.

Далее находятся соотношения для нулевого и первого приближения,

ставляются коэффициент прохождения и набег фазы, соответствующие данному полярному углу ßx.2*

* Показано лишь одно сечение обтекателя.

При ограничении двумя первыми членами ряда поле в направлении полярного угла ßx будет

F (ßu Ф) = I Т (ßx) I е/ф (Р‘>[F0 (ßx) + (Vip (ß,) ~e) F, (ß3)] •

По мощности

IF (ßb cp) |2 ■= I T (ßx) I2 [| F0(ßO I2 -!- 2 (V-ф (ßO e) F0(ßx) F, (ßx)] • (2.16)

Последнее соотношение позволяет легко проанализировать искаже­ ния поля в направлении данного полярного угла ßx, создаваемые обте­ кателем.

Искажения проявляются, во-первых, в уменьшении на величину l^ (ß i)|2 уровня мощности в направлении ßx сравнительно с мощ­ ностью в этом же направлении без обтекателя и, во-вторых, в угловом смещении точки диаграммы, в которой определяется поле, на угол Aßx относительно ее положения без обтекателя.

Уменьшение уровня мощности определяется величиной коэффи­ циента прохождения стенки обтекателя в области среднего «луча», излучаемого антенной под углом ßx; угловое смещение — фазовыми ошибками в плоскости фиктивного раскрыва для данного полярного угла ßx.

Оценим величину углового смещения данной точки диаграммы на­ правленности, характеризуемой полярным углом ßx. Угловое смещение

с помощью этого выражения найти значения уровней мощности в на­ правлении ßx без обтекателя (\F0 (ßx, ср) | 2) и в направлении ß'x с обте­ кателем ( \F (ßi, ср) I2)*.

Равенство

I ^ (ßi> ф)і2 = І^о (ßi, ф) I2

определяет смещение диаграммы направленности в точке, соответст­ вующей полярному углу ßx.

Решая это уравнение относительно Aßx для сечения ф = const,

КCOS ß i

Вчастности, для достаточно узких диаграмм, когда ßx — малая

величина и cos ßx ^ 1,

кк

*При нахождении I Д (ß(, ср) I 3 принимается, что Aßx — величина доста­ точно малая.

34

Иначе говоря, у узких диаграмм направленности смещение всех точек диаграммы обтекателем регулярной формы одинаково; диаграмма смещается на угол | Ѵф(0) |/ к в сторону градиента фазы Ѵф(0).

Так как для широких диаграмм направленности Ѵф (ß) = / (ß), очевидно, что точки диаграммы, соответствующие различным полярным углам, смещаются за счет влияния регулярного обтекателя на разные углы Aß, т. е. форма диаграммы искажается. На эти искажения накла­

Е г и Я 2, и поле, которое было бы в раскрыве в режиме передачи (Ег и

— а

Здесь С — постоянная величина, не влияющая на форму диаграммы

направленности; я и 2а — соответственно внешняя нормаль к раскры­ ву и размер раскрыва антенны.

Пренебрегая дифракцией на краях раскрыва и учитывая, что

= [v£J и # 2 = [ s £ 2 ] , где ѵ и s — единичные векторы, ортогональ­ ные соответственно фазовому фронту излучаемого и принимаемого по­ лей (рис. 2.7), а также имея в виду, что поляризации этих полей одина­

При направленных антеннах cos ß и cos ß0 достаточно мало влияют на форму диаграммы направленности, и поэтому при проводимом нами рассмотрении коэффициент С' можно не учитывать.

На практике в большинстве случаев распределение амплитуды поля в раскрыве антенны при работе ее на передачу можно считать близ-

Если рассматривается несканирующая антенна, то ур = 0. Е 2 -—- деформированное обтекателем поле в раскрыве антенны, принимаемое антенной с направления, определяемого полярным утлом ß.Выражение (2.20) свободно от приближений, принятых при выводе соотношения (2.16) и полученного на его основе (2.17), и дает точное значение поля.

Влияние обтекателя может P(ß) быть определено методом сравнения определенных с помощью (2.20) диаграмм при наличии обтекателя и

без него.

В общем случае инте­ грал в выражении (2.20) элементарно не берется, поэтому следует использо­ вать ЭВМ или графические методы. При нахождении

с учетом рекомендаций, данных в первом разделе настоящей главы,' т. е. при замене соответствующего участка обтекателя плоскопараллель­ ным слоем.

Рассмотренный метод нахождения характеристик излучения систе­ мы антенна — обтекатель дает достаточно хорошие результаты.

Приведенная на рис. 2.8 расчетная нормированная диаграмма на-

(с полуволновой конструкцией стенки из стеклотекстолита с е ä 4,0) определена с помощью соотношения (2.16) в плоскости, для которой

(Ѵф (ß)ë) = I Ѵф (ß) |.

Видно, что рассчитанная диаграмма хорошо совпадает с экспери­ ментальной, что говорит о правильности принятых теоретических пред­ посылок [102].

36