Помилками АФР

При виникненні помилок в АФР виникає перерозподіл випромінювання, але повна потужність випромінювання лишається незмінною, тому для лінійної антени справедливо

,

де .

Тому для визначення середнього значення КСД справедливий вираз

.

Введемо поняття зниження КСД за рахунок фазових помилок, яке визначається за формулою

;

,

де − КСД лінійної синфазної антени з рівномірним амплітудним розподілом, коли відсутні помилки.

В [ ] показано, що величина Δ D при і зростає, якщо збільшується , і залежить від ρ_к (рис. 6.34). Найбільших значень величина зменшення досягає при ρ_к/λ»0,6...1,1, а максимальне значення дорівнює . Тоді КСД дорівнює

. (6.72)

Для малих радіусів кореляції (С_к <<1) .

Важливим поняттям є граничний КСД. Це максимальне значення КСД можна домогтися при зростанні фазових помилок, зумовлених збільшенням розмірів. Таке явище має місце при неточностях виготовлення дзеркальної антени і збільшенні її розмірів. Нехай допуск на виготовлення антени ε, випадкове відхилення від заданої поверхні d підкоряється нормальному закону. Середньоквадратичне відхилення σ_d і допуск пов’язані співвідношенням

,

де ε - це величини відхилення від розрахункової поверхні, яка не перевищується з імовірністю 0,99.

Враховуючи подвійний шлях проходження випроміненої енергії – від випромінювача до дзеркала та назад середньоквадратичне відхилення фази в розкриві

, (6.73)

При виготовленні дзеркал задається відносна величина допуску або величина m, яка визначається за формулою

.

Тоді , а КСД визначається за виразом

. (6.74)

Графік залежності КСД від величини L /λ наведений на рис. 6.35. На цьому рисунку для порівняння також наведено графік КСД при відсутності помилок (D_o =2 L /λ). Для сучасних технологій m =3,5…4.

Як видно, при збільшенні L /λ КСД спочатку зростає до максимального значення, а далі зменшується. Максимальне значення

D_макс ≈1,6·10 ^{m -1}

досягається при

.

Враховуючи, що при величина КСД зростає повільно, а ціна виготовлення різко зростає, то доцільно вибирати

.

Величина КСД при цьому

D =1,3 10 ^{m -1}.

Можна також, при заданих L та m, знайти оптимальну довжину хвилі λ (при заданому допуску ε_доп) та величину допуску за довжиною хвилі:

6.6.4. Загальні задачі синтезу антен. Точне та наближене

розв’язання задачі синтезу антен

Пояснимо задачу синтезу на прикладі лінійної неперервної системи. Для такої системи ДС в площині, що проходить через вісь та напрямок головного максимуму, практично співпадає з множником цієї системи (6.16) і має вигляд

.

Задача синтезу полягає в розв’язанні інтегрального рівняння відносно функції , якщо задана ДС . Тобто, по заданій ДС необхідно знайти АФР. Існує клас функцій , для яких є точне розв’язання рівняння. Вони називаються ДС, що реалізуються. Для того, щоб функція була реалізованою, вона повинна задовольняти двом вимогам:

повинна мати обмежений спектр тому, що можна розглядати як спектральну щільність функції та поза інтервалом | x |≤1 дорівнює нулю;

функція повинна бути інтегрованою на всій дійсній осі

;

.

З погляду фізики, це означає, що повна потужність передавальної антени (випромінена та реактивна) має бути обмеженою.

Точно задача синтезу розв’язується для реалізованих функцій двома методами.

1. Метод інтеграла Фур’є

Використовується зворотне перетворення Фур’є

.

Вперше застосував цей метод І.І. Вольман у 1941 році для розв’я-зання задачі синтезу лінійної антени.

2. Метод парціальних діаграм

Задана ДС подається у вигляді ряду системи відомих функцій , який сходиться

.

Тоді

;

де .

Парціальні діаграми вибираються з умов їх ортогональності, а також такими, щоб їх легко можна було інтегрувати. Коефіцієнти визначаються саме так за умовою ортогональності парціальних функцій на інтервалі (– в, в), в =1 або ∞

.

Наближене розв’язання задачі синтезу

У випадку заданої нереалізованої ДС задача полягає в знаходженні реалізованої ДС , яка б досить точно наближалась до заданої. Як міра близькості використовується найчастіше середньоквадратичний критерій

,

де ε – задане число.

Методи наближеного розв’язання такі ж, як і точні.

Контрольні питання

1. Сформулювати правило перемноження характеристик спрямованості, пояснити його недоліки.

2. Провести порівняльний аналіз впливу різних видів амплітудного розподілу на спрямовані властивості антен.

3. Пояснити, як впливають різні види фазового розподілу на напрямок головного максимуму, ширину ДС, рівень бічних пелюсток, коефіцієнт спрямованої дії?

4. Синфазна лінійна антена розміром L=20λ можна використовувати з рівномірним або косинусоїдальним АР. Визначити ШДС та КСД для двох режимів.

5. Лінійна антена розміром L=10λ використовується у секторі кутів ±45^о. Оцінити, як зміняться ШДС та КСД при відхилені максимуму ДС на край сектору?

6. Особливості спрямованих властивостей лінійних систем біжучої хвилі.

7. Лінійний розмір АБХ L=10λ. Визначити ШДС та КСД, якщо β=1 та β=β_опт.

8. Записати та пояснити умову одинокості головної пелюстки для антенної решітки.

9. Пояснити фізичний зміст методів подавлення дифракційних максимумів.

10. Довжина хвилі λ=3 см, визначити відстань між випромінювачами для забезпечення одинокості головної пелюстки у режимах поперечного та вістового випромінювання.

11. Які задачі вирішує СТА?

12. Пояснити, як впливають випадкові АФР на середні ДС та КСД антени?

7. ВІБРАТОРНІ, ЩІЛИННІ, СМУЖКОВІ, РАМКОВІ АНТЕНИ. АНТЕНИ БІЖУЧИХ ТА ПОВЕРХНЕВИХ ХВИЛЬ

7.1. Вібраторні антени

Існуює велика кількість різновидів вібраторних антен. Теоретично найбільше досліджені тонкі симетричний та несиметричний вібратори, які й розглядаються нижче.

7.1.1. Загальні відомості про симетричні вібратори

Симетричний вібратор (СВ) є прямолінійний провідник (дріт), у центрі якого вмикається джерело змінної електрорушійної сили (ЕРС) або навантаження (рис. 7.1). Дві половини вібратора називаються плечами. Для симетричного вібратора довжини плечей вибираються однаковими.

Принцип дії симетричного вібратора. СВ подібний розімкненій двопровідній лінії, кінці якої розігнуті на 90^о в протилежні сторони. Якщо лінію з’єднати з джерелом ЕРС, то у плечах протікають змінні струми, які збуджують електромагнітні поля. Завдяки тому, що кінці розігнуті, поля, які збуджуються струмами в них не компенсуються як поля двопровідної лінії, а розповсюджуються в просторі (випромінюються). В режимі приймання лінія з’єднується з навантаженням. Якщо на вібратор падає поле, то на ньому наводиться ЕРС, під дією якої через навантаження буде протікати струм. На навантаженні виділяється частина потужності падаючого на вібратор поля.

Виготовляється СВ із суцільного або трубчатого стержня, як правило, круглого перерізу. Діаметр стержня малий порівняно з довжиною хвилі та довжиною вібратора . На практиці найчастіше використовується напівхвильовий та хвильовий вібратори.

7.1.2. Характеристики та параметри симетричного вібратора

Вважається, що розподіл струму в вібраторі такий, як і в розімкненій двопровідній лінії, тобто є синусоїдальним, причому на кінцях завжди нуль (рис. 7.2)

,

де I_п − амплітуда струму в пучності;

Дата добавления: 2014-11-29