Исследование диаграмм направленности и коэффициента направленного действия апертурных антенн СВЧ диапазона. Струков И.Ф - 14 стр.

UptoLike

Составители: 

14
Амплитуду поля в раскрыве можно считать такой же , как и для волновода .
Фазу поля можно найти , используя геометрическую оптику. Учитывая это , можно
записать, что комплексная амплитуда и фаза поля в раскрыве рупора (рис. 6)
меняется по закону:
.
2
1
,
2
1
;
2
expcos
2
2
1
2
2
2
1
2
1
0
R
ky
R
kx
R
y
R
xk
j
D
x
EEE
yx
yS
=Ψ
+
==
π
&
(24)
Подставляя (24) в (4), можно определить распределение поля в главных
сечениях рупорной антенны (следует иметь в виду, что для рис. 6 в
H
плоскости
)
0
(
°
=
ϕ
, а в
E
плоскости )90(
0
= ϕ ):
()
∫∫
−−
Θ−
=
2
2
2
2
1
2
12
2
0
2
2
1
1
sinexpexpcosexp
D
D
D
D
H
dxjkx
R
x
j
D
x
dy
R
y
jAEE
λ
ππ
λ
π
&
, (25)
()
∫∫
−−
Θ−
=
2
2
2
2
1
2
12
2
0
2
2
1
1
expcossinexpexp
D
D
D
D
E
dx
R
x
j
D
x
dyjky
R
y
jAEE
λ
ππ
λ
π
&
. (26)
Выражения (25), (26) можно свести к интегралам Френеля [1]:
∫∫
+
=
=+
xxx
dt
t
jdt
t
dt
t
jxjSxC
0
2
0
2
0
2
2
sin
2
cos
2
exp)()(
πππ
и записать явный вид распределения полей в главных сечениях диаграмм
направленности .
Рассмотрим более подробно распределение поля пирамидального рупора в
E
плоскости . Оно аналогично ДН секториального рупора в этой плоскости (см .
задачу 40 в [9]), однако для расчета оказывается более простым, чем
распределение поля в
H
плоскости (
H
F
). Вначале определим второй интеграл в
(26). Преобразуем подынтегральные выражения, используя формулу Эйлера:
=
−+
+=
11
2
11
2
1
2
1
expexp
2
1
expcos
D
x
R
x
j
D
x
R
x
j
R
x
j
D
x π
λ
ππ
λ
π
λ
ππ
.
2
2
2
exp
2
2
2
exp
4
exp
2
1
2
1
1
1
2
1
1
1
2
1
1
−+
+⋅
−=
D
R
x
R
j
D
R
x
R
j
D
R
j
λ
λ
π
λ
λ
π
λ
π
Подставляя последнее выражение в (26), получим :
−=
2
1
11
2
2
1
2
1
4
exp
22
1
expcos
1
1
D
R
j
R
dx
R
x
j
D
x
D
D
λπλ
λ
ππ
−=
+
∫∫
2
1
11
2
2
21
2
1
4
exp
22
1
2
exp
2
exp
4
3
2
1
D
R
j
R
dttjdttj
V
V
V
V
λ
π
λ
ππ
(
)
(
)
[
]
(
)
(
)
[
]
(
)
(
)
[
]
(
)
(
)
[
]
{
}
,
34341212
VSVSjVCVCVSVSjVCVC
+
+
+
где
                                                        14
     Ам пли туду по ля в р а скр ы ве м о жно счи та ть та ко й же , ка к и для во лно во да .
Ф а зу по ля м о жно на йти , и спо льзуя г е о м е тр и че скую о пти ку. У чи ты ва я это , м о жно
за пи са ть, что ко м пле ксна я а м пли туда и фа за по ля в р а скр ы ве р упо р а (р и с. 6)
м е няе тся по за ко ну:
                                                πx       k  x 2 y2 
                           E& S = E y = E0 cos  exp  j        +       ;
                                                D1        1
                                                             2   R      R2 
                                                                                                  (24)
                                                 2                  2
                                            1 kx               1 ky
                                      Ψx =          , Ψy =            .
                                            2 R1               2 R2
     П о дста вляя (24) в (4), м о жно о пр е де ли ть р а спр е де ле ни е по ля в г ла вны х
се че ни ях р упо р но й а нте нны (сле дуе т и м е ть в ви ду, что для р и с. 6 в H пло ско сти
(ϕ = 0°) , а в E пло ско сти (ϕ = 90 0 ) ):
                      D2 2                     D 2
                                     πy 2      1
                                                        πx     πx 2 
         E& H = AE0     ∫      exp  j     dy ∫ cos  exp  j     exp ( − jkx sin Θ )dx ,               (25)
                      − D2   2       λR2  − D1 2  D1         λR1 
                      D2 2                                            D 2
                                   πy 2                               1
                                                                                   πx         πx 2 
         E& E = AE0      ∫ exp  j λR2  exp ( − jky sin Θ )dy ∫ cos D1  exp  j λR1  dx . (26)
                      − D2 2                                         −D1 2
В ы р а же ни я (25), (26) м о жно све сти к и нте г р а ла м Ф р е не ля [1]:
                                       x
                                              πt 2         x
                                                                    πt 2           x
                                                                                             πt 2 
                 C ( x ) + jS ( x ) = ∫ exp  j      dt = ∫ cos        dt + j ∫ sin       dt
                                      0          2         0        2            0        2    
и за пи са ть явны й ви д р а спр е де ле ни я по ле й в г ла вны х се че ни ях ди а г р а м м
на пр а вле нно сти .
       Ра ссм о тр и м б о ле е по др о б но р а спр е де ле ни е по ля пи р а м и да льно г о р упо р а в
 E пло ско сти . О но а на ло г и чно Д Н се кто р и а льно г о р упо р а в это й пло ско сти (см .
за да чу № 40 в [9]), о дна ко для р а сче та о ка зы ва е тся б о ле е пр о сты м , че м
р а спр е де ле ни е по ля в H пло ско сти ( FH ). В на ча ле о пр е де ли м вто р о й и нте г р а л в
(26). П р е о б р а зуе м по ды нте г р а льны е вы р а же ни я, и спо льзуя фо р м улуЭ йле р а :
                 πx         πx 2  1              πx 2 πx                   πx 2 πx   
            cos  exp  j          = exp  j          +       + exp  j         −          =
                 D1         λR1  2               λR1 D1                    λR1 D1   
                    π λR1         π                             π                                      
                                                                  2                                     2
        1                                      2       λR                          2       λR 
       = exp  − j         ⋅ exp j              x + 1 
                                                             + exp  j                   x − 1          .
        2          4 D12         2       λR1      2 D1 
                                                                   2             λR1      2 D1         
                               
П о дста вляя по сле дне е вы р а же ни е в (26), по лучи м :
                      D1 2
                                    πx      πx 2        1 λR1           π λR1 
                        ∫      cos  exp  j
                                    1         λ
                                                     dx =
                                                    1
                                                                  exp  − j
                                                                       
                                                                                   ⋅
                                                                                 2 
                      − D1   2
                                     D             R        2  2             4 D1 

            V 2      π 2
                                         V4
                                                 π             1 λR 1                    π λR 1 
         ⋅  ∫ exp  j t 1 dt 1 + ∫ exp j t 22  dt 2  =                      exp  − j               ⋅
            V 1     2                           2              2      2              4    2 
                                         V3                                                   D 1 
          ⋅ {[C (V2 ) − C (V1 )] + j [S (V2 ) − S (V1 )] + [C (V4 ) − C (V3 )] + j[ S (V4 ) − S (V3 )]},
г де