Влияние фазового распределения на параметры диаграммы направленности антенны.

Синфазное распределение поля в раскрыве на практике достигается чрезвычайно редко. Это объясняется либо фазовыми огибками, связанными с неточностью изготовления антенны, либо создаются специально для формирования диаграммы направленности требуемой формы. Любое отклонение фазового распределения в раскрыве от синфазного будем называть ошибкой. Фазовые ошибки могут быть случайными или детерминированными. Комплексная амплитуда поля в раскрыве может быть представлена в виде:

(6.7)

Для простоты будем предполагать, что фазовая ошибка зависит только от координаты x. Произвольную фазовую ошибку можно разложить в степенной ряд Тейлора:

(6.8)

Линейная фазовая ошибка.

Фазовый набег – величина фазовой ошибки на крае раскрыва.

(6.9)

где - угловая обобщенная координата

Максимум выражения достигается, когда , т.е.

(6.10)

Выражение говорит о том, что, изменяя величину , можно изменять направление , при этом форма угловой диаграммы направленности в обобщенных координатах остается неизменной. Т.к. обобщенные угловые координаты нелинейным образом зависят от угла , при отклонении максимума диаграммы направленности от нормали происходит расширение главного лепестка по закону .

Квадратичная фазовая ошибка.

(6.11)

Небольшие квадратичные фазовые искажения приводят к расширению главного лепестка и заплыванию нулей. Фазовые ошибки величиной большей, чем , приводят к появлению провала в области главного лепестка и его раздваиванию.

Кубическая фазовая ошибка.

(6.12)

Так же, как в случае линейной фазовой ошибки, при кубической фазовой ошибке возникает смещение максимума диаграммы направленности.

Анализируя графики, можно сделать вывод, что происходит смещение главного максимума и расширение главного лепестка, а боковые лепестки становятся несимметричными.

Тема: Открытый конец волновода (окв).

Открытый конец волновода является простейшей антенной с излучающим раскрывом. ДН такой антенны определяется размерами раскрыва и распределением поля в нем. ДН ОКВ чаще всего находится приблизительно, считая, что поле на конце волновода представляет собой сумму падающей и отраженной волн основного типа колебаний.

ДН ОКВ прямоугольного с волной

= 0,71, = 0,32.

Прямоугольный волновод с волной представляет наибольший практический интерес, т. к. он обычно используется в качестве фидерной линии.

ДН ОКВ такого волновода имеет вид:

(6.13a).

(6.13б).

где коэффициент распределения в волноводе,

коэффициент распределения в воздухе,

а – размер волновода в плоскости Н,

в – размер волновода в плоскости Е,

Г – коэффициент отражения от ОКВ.

Г обычно определяется экспериментально, т. к. расчет его сложен и не очень точен.

Для волноводов стандартных размеров , . На практике для расчетов по формулам (1а) и (1б) предполагается, что

(6.14).

КНД ОКВ можно вычислить по формуле:

Д= 0,81 (6.15).

Круглый волновод с волной удобно использовать в качестве облучателя зеркала А, у которых зеркало выполнено в виде параболоида вращения.

(6.16a),

(6.16б),

где 2а – диаметр круглого волновода,

и функция Бесселя и ее производная по аргументу соответственно.

КНД круглого волновода определяется из формулы:

Д = 0,83 (6.17).

ДН ОКВ круглого волновода волной .

Выводы: излучатели в виде ОКВ являются слабонаправленными антеннами, т. к. относительные размеры поперечного сечения обычно невелики:

, т. е. ,

,

,

для прямоугольного волновода:

,

.

Они используются там, где требуется широкая ДН и поэтому часто применяются в виде облучателей более сложных антенных систем.

Серьезным недостатком волноводных излучателей является плохое их согласование со свободным пространством, вследствие чего достигает больших значений. Для сужения ДН и улучшения согласования можно плавно увеличивать сечение волновода, т. е. переходить к рупорным антеннам.