книги из ГПНТБ / Орлов Л.В. Расчет и проектирование антенн гидроакустических рыбопоисковых станций

пределах в зависимости от температуры и солености воды (см. графики, изображенные на рис. 1).

Для изменения угла поворота характеристики на­ правленности требуется изменение характера компен­ сации. Таким образом, сколько необходимо иметь на­ правлений характеристики направленности, столько

Рис. 41. Блок-схема станции с дискретной плоской антенной и временной компенсацией:

тор направления основного лепестка в режиме излуче­ ния; 4— линии задержки излучающего тракта; 5— усили­

мутатор направления основного лепестка в режиме при­ ема; 10 — основной усилитель; 11 — индикатор.

82

требуется и различных временных задержек в цепи каждого элемента антенны или положений каждого фазовращателя. Чем меньше дискрет фазы и протяжен­ ность по антенне участка с постоянной фазой или за­ держкой, тем ближе форма повернутой характеристики направленности к той, которую она имеет при р= 0°.

Дискретное изменение задержки или фазы на каж­ дом элементе во времени вызывает шаговый поворот характеристики направленности, а быстрая электронная коммутация направлений образует статический веер характеристик направленности. Для плавного поворо­ та — сканирования характеристики направленности — необходимо непрерывное изменение фазы на каждом элементе антенны во времени, например, с помощью фазовращателей. Плавное изменение направления ха­ рактеристики направленности может быть получено также, если элементы антенны возбуждать на разных, изменяющихся линейно вдоль антенны в небольших пределах частотах. Поскольку частота есть изменение фазы возбуждающего напряжения во времени, по эле­

электронным управлением характеристикой направлен­ ности возникает противоречие между стремлением раз­

ее упрощения).

У р а в н е н и е х а р а к т е р и с т и к и н а п р а в л е н ­

рактеристики направленности в формулах, полученных

83

для линейной антенны без компенсации, необходимо заменить разность хода А на А—Ар. Таким образом, направления Рбг 100%-ных боковых лепестков опреде­ ляются из условия

На рис. 42 приведены графики, характеризующие эту зависимость. По оси абсцисс отложены углы поворота

сятся к боковым лепесткам, располагающимся со сто­ роны направления поворота основного лепестка, ниж­ ние— с противоположной стороны). Цифры при кри­ вых означают волновые расстояния между фазовыми центрами элементов антенны, вверху справа через i обозначены порядковые номера боковых лепестков.

Углы ориентации минимумов характеристики на­

где i = 1, 2, 3, ..., кроме п, кратных i.

Антенны, состоящие из направленных элементов, с компенсированными характеристиками направленности.

В связи с необходимостью заполнения всего раскрыва преобразователями для получения максимально воз­ можной излучающей поверхности, реальные антенны выполняют из элементов (секций), имеющих вполне определенную протяженность и, следовательно, направ­ ленных. Характеристика направленности всей антенны, если секции идентичны, расположены эквидистантно и между ними отсутствует (или мало) взаимодействие, в соответствии с теоремой умножения (стр. 28) имеет вид:

84

где Rс (0) — характеристика направленности секции, первый сомно­ житель — характеристика направленности антенны из ненаправленных секций с расстоянием I между их фа­ зовыми центрами.

Обычно протяженность сканирующей антенны зна­ чительно превышает длину секции, а характеристика направленности секции шире характеристики направ-

Рис. 43. Зависимость количества каналов от ширины основного ле­ пестка при различных углах его поворота и уровне боковых ле­ пестков не выше 30%:

/ — Р = 15°: 2 — В - 2 0 ° ; 3 — В = 3 0 ” ; 4 — в = 4 5 ° ; 5 — в = 6 0 ° .

ленности всей антенны. В результате этого общая ха­ рактеристика направленности может существенно отли­ чаться от характеристики направленности антенны из ненаправленных секций, особенно при сканировании.

Естественно, каждую антенну следует стремиться составить из минимального количества секций. Графи­ ческие зависимости минимально возможного числа сек­

Разберем на примерах причины, приводящие к огра­ ничению количества секций по минимальному пределу числа каналов у сканирующей антенны. Наиболее про­

поперек ее длины плоскими сечениями (рис. 44). Здесь вертикальные линии — места расположения основного (на угле (3=15°) и боковых (100%-ных в случае выпол­

86

нения антенны из ненаправленных элементов, на отри­ цательных углах Р) лепестков при различных расстоя­ ниях I между центрами секций (у антенн из направлен­ ных преобразователей размер секции d отличается от. расстояния между их центрами / только на величину конструктивного зазора между ними).

RI8)

0,3

0,8

0,1

0,6

0,5

0,0

0,5

0,2

0,1

О

X-9Г - -75 -60 -«• -30 -15 0 15 30 45 6 0 -7 5 в

Рис. 44. К пояснению влияния направленности секции на компенсированную характеристику направленности антенны:

нием основного лепестка в связи с уменьшением дейст­

100%-ного бокового лепестка возникает на угле —90°. Поворот же основного лепестка (если уровень боковых должен быть меньше 30%) оказывается возможным на

87

угол не более + 20ч-+ 23° в зависимости от волнового размера антенны, так как, чем меньше размер антенны, тем больше в область углов, больших —90°, заходит нижний уровень правой половины 100%-ного бокового лепестка. Еще больших углов поворота характеристики

вых лепестков составляет 47%.

В ряде случаев можно допустить большее снижение уровня основного лепестка (до 0,7), чем это обусловли­ вается характеристиками направленности 1—4 (см. рцс. 44). Тогда оказывается возможным при сохране­ нии угла поворота основного и уровня боковых лепе­ стков свести число каналов к минимальному пределу. Достигается это путем подбора характеристики направ­ ленности секции такой формы, чтобы получить опти­ мальное соотношение уровней бокового и основного ле­ пестков. Как видно из рис. 44 (кривая 5), ширина ос­ новного лепестка у этой секции меньше, чем у секций с

вая 4).

Получить характеристику направленности с задан­ ной шириной основного лепестка, сохраняя расстояния /

88

между фазовыми центрами секций неизменными, мож­ но, если сдвинуть часть антенны вдоль ее максималь­ ного размера (см. рис. 44). Количество каналов по сравнению со случаем 1=0,9 К уменьшается в 1,4 раза.

Оптимальную характеристику направленности сек­ ции антенны с уменьшенным числом электрических каналов можно подбирать, пользуясь следующей схе­ мой расчета. По известной ширине основного лепестка характеристики направленности антенны при [3 = 0° и требуемому углу его поворота, используя графики, изо­ браженные на рис. 43, находят минимально допустимое число каналов (секций). Таким образом, оказывается известным расстояние I между фазовыми центрами секций (длина антенны может быть определена по ши­ рине основного лепестка при |3= 0° по графикам, изо­ браженным на рис. 9, 10, или по формулам, приведен­ ным в табл. 2. Затем антенну (секцию) разбивают на два-три ряда по вертикали и сдвигают один или два ряда в горизонтальном направлении (вдоль длины ан­ тенны) так, чтобы получить ширину основного лепестка характеристики направленности секции в горизонталь­ ной плоскости такой же или несколько большей полного сектора качания характеристики направленности ан­ тенны (см. стр. 23—32).

Возможность управления формой характеристики направленности секции в результате взаимного сдвига

тичные характеристики направленности могут быть по­

соображениями.

В заключение приведем формулу для расчета про­

(III—31)

89

На рис. 46 показаны характеристики направленно­ сти плоской антенны при ориентации основного лепест­

симметрии антенны характеристики направленности по­ лучаются идентичными при любой их ориентации в пло­ скости направляющей цилиндра.

Антенны этого типа выполняются в виде замкнуто-'

меньший коэффициент концентрации при равновеликих размерах.

Методы обзора пространства с помощью цилиндри­ ческих антенн могут быть различными. В режиме прие­ ма обычно формируется в секторе 360° (иногда мень­ шем) статический веер, может осуществляться и элек­ трическое вращение одной или нескольких (разверну­ тых на определенные углы и, связанных с самостоя­ тельными каналами) компенсированных характеристик направленности. Облучение пространства производится всенаправленной (круговой) или секторной характери­ стикой, формируемой всем цилиндром либо его частью.

90

Рис. 46. Характеристики направленности плоской антенны из секций с оптимальной направленностью и расположенных через 1,25Л:

а — п р и а к с и а л ь н о е н а п р а в л е н и и ; б — п р и к о м п е н с а ц и и н а (5= 15°.