Исследование диаграмм направленности и коэффициента направленного действия апертурных антенн СВЧ диапазона. Струков И.Ф - 4 стр.

UptoLike

Составители: 

4
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 1-2
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ И
КОЭФФИЦИЕНТА НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ
ДИФРАКЦИОННЫХ АНТЕНН СВЧ ДИАПАЗОНА
Цель работы : исследование пространственного распределения
электромагнитного поля и определение основных параметров апертурных антенн
СВЧ диапазона , в частности : диаграмм направленности (ДН), ширины основного
лепестка ДН и уровня боковых лепестков (УБЛ ), коэффициента направленного
действия (КНД ), коэффициента использования поверхности (КИП) раскрыва
антенн.
1. О СНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Основной задачей теории СВЧ антенн, которыми принято называть антенны
дециметровых (ДМ ), сантиметровых (СМ ) и миллиметровых (ММ) волн , является
определение электромагнитного поля излучения этих волн . Для таких антенн,
выполняемых в виде открытых концов волновода , отверстий в резонаторах,
рупоров, зеркал и т.д., очень трудно указать точное аналитическое распределение
сторонних токов и зарядов (
стор
J и
стор
ρ
) на поверхности , но зато можно знать
характер поля по раскрыву. Поэтому в этих случаях удобно поле на больших
расстояниях от излучателя
R
, т.е . в дальней зоне , практически существующей на
λ
2
2DR
, (1)
где
D
- максимальный размер раскрыва антенны , определять через поле в
раскрыве антенны . Это возможно на основе принципа Гюйгенса -Френеля ,
согласно которому каждый элемент поверхности волнового фронта можно
рассматривать как источник вторичных волн . Интегральный эффект от действия
подобных элементарных или парциальных волн даст поле в точке наблюдения
),,(
0
ϕ
Θ
RP
. Математическое обоснование принципа Гюйгенса -Френеля для
скалярных волн было дано Кирхгофом. В дальнейшем такое обоснование было
дано и для векторных электромагнитных полей.
Рассмотрим поле излучения дифракционных антенн СВЧ диапазона (рис. 1).
Рис. 1.
                                                      4

                          Л А Б О Р А Т О Р Н Ы Е Р А Б О Т Ы № 1-2

               1. И С С Л Е ДО В А Н И Е ДИ А Г Р АМ М Н А П Р А В Л Е Н Н О С Т И И
                   К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т А Н А П Р А В Л Е Н Н О Г О ДЕ Й С Т В И Я
                    ДИ Ф Р А К Ц И О Н Н Ы Х А Н Т Е Н Н С В Ч ДИ А П А ЗО Н А

      Ц е ль        р а б о ты :  и ссле до ва ни е      пр о стр а нстве нно г о         р а спр е де ле ни я
эле ктр о м а г ни тно г о по ля и о пр е де ле ни е о сно вны х па р а м е тр о в а пе р тур ны х а нте нн
СВ Ч ди а па зо на , в ча стно сти : ди а г р а м м на пр а вле нно сти (Д Н ), ш и р и ны о сно вно г о
ле пе стка Д Н и ур о вня б о ко вы х ле пе стко в (У БЛ ), ко эффи ци е нта на пр а вле нно г о
де йстви я (КН Д ), ко эффи ци е нта и спо льзо ва ни я по ве р х но сти (КИ П ) р а скр ы ва
а нте нн.

              1. О С Н О В Н Ы Е Р А С ЧЕ Т Н Ы Е С О О Т Н О Ш Е Н И Я И О П Р Е ДЕ Л Е Н И Я
        О сно вно й за да че й те о р и и СВ Ч а нте нн, ко то р ы м и пр и нято на зы ва ть а нте нны
де ци м е тр о вы х (Д М ), са нти м е тр о вы х (СМ ) и м и лли м е тр о вы х (М М ) во лн, являе тся
о пр е де ле ни е эле ктр о м а г ни тно г о по ля и злуче ни я эти х во лн. Д ля та ки х а нте нн,
вы по лняе м ы х в ви де о ткр ы ты х ко нцо в во лно во да , о тве р сти й в р е зо на то р а х ,
р упо р о в, зе р ка л и т.д., о че нь тр удно ука за ть то чно е а на ли ти че ско е р а спр е де ле ни е
сто р о нни х то ко в и за р ядо в ( J сто р и ρ сто р ) на по ве р х но сти , но за то м о жно зна ть
х а р а кте р по ля по р а скр ы ву. П о это м у в эти х случа ях удо б но по ле на б о льш и х
р а ссто яни ях о ти злуча те ля R , т.е . в да льне й зо не , пр а кти че ски сущ е ствую щ е й на
                                                 R ≥ 2D 2 λ ,                                          (1)
г де D - м а кси м а льны й р а зм е р р а скр ы ва а нте нны , о пр е де лять че р е з по ле в
р а скр ы ве а нте нны . Э то во зм о жно на о сно ве пр и нци па Гю йг е нса -Ф р е не ля,
со г ла сно ко то р о м у ка жды й эле м е нт по ве р х но сти во лно во г о фр о нта м о жно
р а ссм а тр и ва ть ка к и сто чни к вто р и чны х во лн. И нте г р а льны й эффе кт о т де йстви я
по до б ны х эле м е нта р ны х и ли па р ци а льны х во лн да ст по ле в то чке на б лю де ни я
 P ( R0 , Θ, ϕ ) . М а те м а ти че ско е о б о сно ва ни е пр и нци па Гю йг е нса -Ф р е не ля для
ска ляр ны х во лн б ы ло да но Ки р х г о фо м . В да льне йш е м та ко е о б о сно ва ни е б ы ло
да но и для ве кто р ны х эле ктр о м а г ни тны х по ле й.
       Ра ссм о тр и м по ле и злуче ни я ди фр а кци о нны х а нте нн СВ Ч ди а па зо на (р и с. 1).




                                                  Ри с. 1.