4. Направленные свойства зеркальной антенны и условия их

оп­тимизации.

Для анализа направленных свойств ЗА необходимо выяснить вли­яние ширины ДН облучателя и величины угла раскрыва зеркала на вы­игрыш антенны.

При этом возможны две ситуации:

1) если задан облучатель со своей ДН F_обл(Ф), то максимальный выигрыш антенны можно получить при некотором угле раскрыва зерка­ла 2Ф_{0 opt};

2) если задан угол раскрыва зеркала 2Ф₀ , то максимальный выигрыш антенны можно получить при облучателе с оптимальной ДН F_{обл opt}(Ф).

Поэтому необходимо выяснить зависимость коэффициента использования площади раскрыва и коэффици­ента перехвата от ДН облучателя и угла раскрыва зеркала.

Рассмотрим 1-й случай, когда задана ДН облучателя F_обл(Ф).

Из выражения

видно, что при постоянном радиусе раскрыва зеркала R₀ = const, изменяя фокусное расстояние, можно изменять и угол раскрыва зеркала. Очевидно, что большему значению будет соответствовать меньший угол раскрыва зеркала (при этом, конечно, должен изменяться и профиль зеркала, но он на суть процессов не влияет). Эти рассужде­ния иллюстрируются следующим рисунком:

Из него видно, что с уменьшением фокусного расстояния увеличивается угол раскры­ва 2Ф₀. При этом потери энергии облучателя уменьшаются (т.е. все большая часть энергии облучателя перехватывается зеркалом) и ко­эффициент перехвата энергии возрастает, как это показано на рисунке:

С другой стороны, увеличение угла раскрыва зеркала ведет к большему спада­нию амплитуды поля на краях зеркала и, следовательно, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала становится более неравномерным, что, в свою очередь, приводит к уменьшению КИП раскрыва зеркала. Поэтому максимальный выигрыш антенны полу­чается при некотором оптимальном значении угла раскрыва зеркала 2Ф₀ = 2Ф_{0 opt}.

Таким образом, при заданной ДН облучателя и постоянном ради­усе раскрыва имеется оптимальный угол раскрыва, при котором коэф­фициент усиления ЗА максимален. Для типовых облучателей он лежит в пределах 2Ф_{0 opt}. = 130⁰ ... 160⁰.

Рассмотрим 2-й случай, когда задан угол раскрыва зеркала 2Ф₀. При постоянном размере раскрыва R₀ =const, изменяя ширину ДН облучателя, получаем изменение относительного значения плотности потока мощности облучателя П_отн, приходящегося на край зеркала, как это показано на рисунке:

.

Из рисунка видно, что при расширении ДН облучателя относи­тельная плотность потока мощности, приходящаяся на край зеркала увеличивается. При этом амплитудное распределение поля по раскрыву зеркала становится более равномер­ным и КИП увеличивается, как это показано на рисунке:

С другой стороны, расширение ДН облучателя ведет к тому, что все меньшая часть его энергии попадает на зеркало и, следовательно, коэффициент перехвата уменьшается.

Таким образом, максимальный выигрыш антенны получается при некотором оптимальном значении относительной плотности потока мо­щности, приходящейся на край зеркала П_{отн opt}. У реальных ЗА эта величина равна:

П_{отн opt} = 0,1 …0,2

Облучатель, у которого ширина ДН по мощности на уровне 0,1 равна углу раскрыва зеркала обеспечивает максимальный коэффициент усиления ЗА и называется оптимальным облучателем, т.е.

.