Исследование диаграмм направленности и коэффициента направленного действия апертурных антенн СВЧ диапазона. Струков И.Ф - 8 стр.

UptoLike

Составители: 

8
антенны и изотропного излучателя при условии равенства мощностей излучения
этих антенн -
0
PP
=
:
2
0
2
max
0
0
0
0
0max
E
E
P
P
G
PP
PP
EE
=
=
=
=
Π
Π
== . (12)
Для примера на рис. 3(а , б ) представлены сечения ДН в полярных
координатах эталонного излучателя размерами
λ
5,1
1
=
D
на
λ
2
2
=
D
,
рассчитанные по (8) с учетом ДН элемента волнового фронта
(
)
(
)
2cos
2
1
ΘF
, (12*)
которая представлена на рис. 3(в).
а )
(
)
°=∆Θ 352
5,0
H
. б )
(
)
°=∆Θ 272
5,0
E
. в)
(
)
°=∆Θ 1282
5,0
.
Рис. 3.
Из результатов расчета (8) (11) можно сделать ряд выводов:
1. Ширина сечения основного лепестка ДН антенны обратно пропорциональна
электрическим размерам
(
)
λ
D
излучателя в этих направлениях -
1
D
или
2
D
. Это
утверждение следует и из теоремы масштабов спектрального анализа .
2. Учет ДН элемента волнового фронта (12*) приводит к односторонней
направленности излучения всей антенны .
3. Максимум ДН ориентирован в направлении внешней нормали к волновому
фронту поля в раскрыве апертурных антенн. Это положение позволяет
качественно определить направление максимума ДН, когда волновой фронт поля
в раскрыве произволен и расчет ДН затруднен.
КНД можно определить по виду диаграммы направленности следующим
образом: необходимо проинтегрировать вектор Умова - Пойтинга этих антенн по
сфере большого радиуса . Тогда
====Π=
∫∫
SSSS
R
dS
E
dS
E
dSHEdSP
πρ 120
22
*
&
&&
∫∫
ΘΘΘ=ΘΘ
Θ
=
ππππ
ϕϕ
π
ϕ
π
ϕ
2
00
22
2
max
2
00
2
22
max
sin),(
120
sin
120
),(
ddFR
E
ddR
FE
для направленной антенны и
Θ
Θ
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
30
60
90
120
150
210
240
270
300
330
0.8
0.6
0.4
0.2
0
1
0
180
                                                                 8
а нте нны и и зо тр о пно г о и злуча те ля пр и усло ви и р а ве нства м о щ но сте й и злуче ни я
эти х а нте нн - P = P0 :
                                           P                      Π                    2
                                                                                     Emax
                                         G= 0                   =                  =                  .                            (12)
                                            P     E max = E 0     Π0      P = P0
                                                                                      E 02   P = P0

      Д ля пр и м е р а на р и с. 3(а , б ) пр е дста вле ны се че ни я Д Н в по ляр ны х
ко о р ди на та х эта ло нно г о       и злуча те ля р а зм е р а м и D1 = 1,5λ на D2 = 2λ ,
р а ссчи та нны е по (8) с уче то м Д Н эле м е нта во лно во г о фр о нта
                                             F1 (Θ ) = cos 2 ( Θ 2 ) ,                (12*)
ко то р а я пр е дста вле на на р и с. 3(в).
                  90                                            90                                                 90                     1
        120              60                         120                  60                                120             60
                  0.8                                            0.8                                                0.8
  150             0.6          30          150                   0.6               30         150                   0.6            30
                  0.4                                            0.4                                                0.4
                  0.2                                            0.2                                                0.2
180                 0                0    180                    0                      0   180                     0                0
                                                                                                                                          0




  210                          330          210                                    330        210                                  330

        240              300                       240                   300                              240
              270                                               270                                                       300
                                                                                                                 270Θ
                                                                     Θ

        а ) (2 ∆Θ H )0 , 5 = 35° .                  б)    (2 ∆Θ E )0 , 5 = 27° .                      в)    (2 ∆Θ)0 , 5 = 128° .
                                                           Ри с. 3.

        И з р е зульта то в р а сче та (8) – (11) м о жно сде ла ть р яд вы во до в:
1. Ш и р и на се че ни я о сно вно г о ле пе стка Д Н а нте нны о б р а тно пр о по р ци о на льна
эле ктр и че ски м р а зм е р а м ( D λ ) и злуча те ля в эти х на пр а вле ни ях - D1 и ли D2 . Э то
утве р жде ни е сле дуе ти и з те о р е м ы м а сш та б о в спе ктр а льно г о а на ли за .
2. У че т Д Н эле м е нта во лно во г о фр о нта (12*) пр и во ди т к о дно сто р о нне й
на пр а вле нно сти и злуче ни я все й а нте нны .
3. М а кси м ум Д Н о р и е нти р о ва н в на пр а вле ни и вне ш не й но р м а ли к во лно во м у
фр о нту по ля в р а скр ы ве а пе р тур ны х а нте нн. Э то по ло же ни е по зво ляе т
ка че стве нно о пр е де ли ть на пр а вле ни е м а кси м ум а Д Н , ко г да во лно во й фр о нт по ля
в р а скр ы ве пр о и зво ле н и р а сче тД Н за тр удне н.
          КН Д м о жно о пр е де ли ть по ви ду ди а г р а м м ы на пр а вле нно сти сле дую щ и м
о б р а зо м : не о б х о ди м о пр о и нте г р и р о ва ть ве кто р У м о ва -П о йти нг а эти х а нте нн по
сфе р е б о льш о г о р а ди уса . То г да
                                                               E& 2         E2
                             P = ∫ Π R dS = ∫ E&H& * dS = ∫         dS = ∫        dS =
                                 S             S             S
                                                                ρ        S
                                                                           120 π
                  2π π                                       2π π
                   2
                  Emax F 2 ( Θ, ϕ ) 2                 2
                                                    Emax
             ∫ ∫ 120π
              =                           Θ  Θ  ϕ =           ∫ ∫ F 2 ( Θ ,ϕ ) sin ΘdΘdϕ
                                                           2
                                   R  sin  d  d          R
              0 0
                                                    120π      0 0
для на пр а вле нно й а нте нны и