![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Минин Б.А. СВЧ и безопасность человека
.pdf
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 4.2.1 |
|
|
Расчётные значения коэффициентов k a (b) и уровня |
||||||
|
первого бокового лепестка |
для функции |
|
||||
|
|
|
распределения |
(4.2.8) |
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
п |
1 ,0 |
0,447 |
0,316 |
0,178 |
0,1 |
0,0562 |
0 |
|
|
|
|
^а (б) |
|
|
|
1 |
I ,0 |
0,955 |
0,927 |
0,876 |
0,855 |
0,838 |
0,812 |
2 |
1 ,0 |
0,932 |
0,881 |
0,796 |
0,750 |
0,714 |
0,667 |
3 |
1, 0 |
0,92 |
0,856 |
0,750 |
0,684 |
0,640 |
0,577 |
|
|
|
|
8„ дЬ |
|
|
|
1 |
13,2 |
18,3 |
20,1 |
22 |
22,8 |
23 |
23,1 |
2 |
13,2 |
23,2 |
26,3 |
33,3 |
40,1 |
38,9 |
31,4 |
3 |
13,2 |
21,5 |
23,1 |
30,1 |
34,1 |
37,9 |
39,3 |
В табл. 4.2.1 приведены расчетные значения ка и къ
для п= 1, 2, 3 и а = 0,1; 0,447 (—7 дБ); 0,316 (—10 дБ); 0,178 (—15дБ ); 0,1 (—20дБ); 0,0562 (—25дБ) и 0. От
меченные значения п и а и в дальнейшем будут исполь зоваться нами как наиболее характерные.
Таким образом, зная параметры п и а функции ам плитудного распределения поля вдоль каждой из сторон апертуры, можно по формуле (4.2.9) определить КНД антенны в дальней зоне. При изменении уровня освеще ния краев апертуры кроме изменения КНД изменяется и уровень бокового поля и, в частности, уровень первого бокового лепестка (табл. 4.2.1).
Диаграмма направленности, т. е. зависимость поля
излучения от углов Ѳ и ср, обычно определяется не в са мом общем виде (пространственная диаграмма), а для характерных («главных») плоскостей, какими являются
плоскости Ѳ, или xoz (ср = 0), и ср, или yoz (ф=90°) (рис. 4.2.1 и 4.2.2). В связи с этим задача расчета диаграммы направленности в каждой из этих плоскостей сводится к двумерной, т. е. к расчету в этой плоскости диаграммы направленности линейного излучателя длиной, равной размеру соответствующей стороны апертуры с соответст-
1 00
Рис. 4.2.2. Система координат, используемая в практических рас четах:
Вершины углов Ѳ и ф находятся в физическом центре апертуры. Коэффи циенты k определяются раздельно для каждой плоскости (Ѳ и ф).
вующим распределением поля. На рис. 4.2.6—4.2.11 штрих-пунктирной линией показаны диаграммы направ
ленности для п = 1,2 и а = 0,316; 0,1; 0.
При расчете характеристик поля круглой апертуры полагают, что амплитудное распределение поля сим метрично относительно центра апертуры. В связи с этим интегрирование удобней выполнять в полярных коорди натах, а для аппроксимации амплитудного распределе ния использовать другой тип функции, а именно:
М р)= |
» + (1 |
(4.2.10) |
где L — диаметр |
апертуры |
(ниже принято обозначать |
для круглой апертуры L = 2 a ); 0<^;p^L/2, 0^а<с:1, п = = 0, 1, 2, ... В этих условиях КНД апертуры рассчиты вается по формуле (4.2.9), а коэффициент использова ния может быть определен из табл. 4.2.2. Там же при ведены значения уровня первого бокового лепестка диа граммы направленности.
Диаграмма направленности круглой апертуры в силу круговой симметрии амплитудного распределения обла-
101
Т а б л и ц а 4.2.2
Расчетные значения k aa„ круглой апертуры и уровня 0[
для функции распределения (4.2.10)
|
1. 0 |
0,447 |
0.316 |
0.178 |
0,1 |
0.0562 |
|
|
|
|
|
^исп |
|
|
|
1 |
1, 0 |
0,953 |
0,917 |
0,86 |
0,817 |
0,789 |
0,751 |
2 |
1, 0 |
0,936 |
0,876 |
0,772 |
0,689 |
0,634 |
0,555 |
3 |
1,0 |
0,933 |
0,863 |
0,73 |
0,619 |
0,544 |
0,437 |
|
|
|
|
дБ |
|
|
|
1 |
17,6 |
2 1 , 1 |
22,3 |
23,7 |
24,3 |
24,4 |
24,5 |
2 |
17,6 |
23,5 |
27,0 |
32,6 |
34,9 |
33,9 |
30,4 |
3 |
17,6 |
25,1 |
32,2 |
33,0 |
38,2 |
33,7 |
35,9 |
дает симметрией относительно электрической оси. На рис. 4.2.12—4.2.17 штрих-пунктиром показаны диаграм
мы направленности для п= 1,2 и а.= 0,316; 0,1; 0.
Для расчета огибающих дальних боковых лепестков
можно воспользоваться результатами [66], где приведены огибающие бокового излучения цилиндрического и осе симметричного зеркал для фкр= 30°; 60°; 90°, нормиро ванные к максимуму главного лепестка диаграммы на правленности. При пользовании графиками [66] надо
иметь в виду, что они относятся к случаю а>0,2 ... 0,3 и дают значение огибающей максимумов нормированной диаграммы направленности по напряженности поля (а не по мощности).
До сих пор понятие дальней зоны употреблялось только в ка чественном смысле, так как не было необходимости в установлении специального критерия. Теперь, после того как приведены выраже ния для характеристик дальнего поля зеркальной антенны, есть воз можность определить область их применения.
Как правило, ближняя граница дальней зоны по осевому полю (Rд) определяется по наибольшему размеру апертуры антенны:
Яд = 2 ^маКс Л |
(4.2.11) |
где Lмакс — максимальный линейный размер апертуры. Очень часто Тмакс = 2 b и тогда Rn=RÂb=Sb2IX.
В области краевого дифракционного излучения из-за особенно стей его механизма формирования границу дальнего поля с достэ.
102
точной для практики степенью точности вне области основного излу чения зеркальной антенны .можно полагать равной
Дд«(12 ... 13)L, |
(4.2.12) |
где L равно 2а или 2Ь. Из (4.2.12) видно, что в этом случае RÄ не зависит от длины волны.
4.2.3.Ближнее поле синфазных апертур. В отличие от
дальней зоны, в ближней зоне коэффициент усиления и диаграмма излучения синфазной апертуры являются функциями расстояния. Выражение для КНД прямо угольной синфазной апературы в зоне Френеля для функции типа (4.2.8) имеет вид [70]
D(R) = |
Da>BBBif. |
(4.2.13) |
Расчет коэффициентов |
= |
ввиду громоздкости |
расчетных формул довольно сложен, поэтому на прак
тике |
удобно пользоваться |
графиками |
зависимостей В |
от X, |
рассчитанными для п = |
1, 2, 3 [70]. |
Для КНД круг |
лой синфазной апертуры по аналогии с (4.2.13) получа
ется выражение |
|
|
|
|
D(R) = DooB\ |
(4.2.14) |
|
где В — коэффициент, зависящий от |
расстояния х и |
||
определяемый |
параметрами |
(4.2.10) |
в соответствии |
с рис. 4.2.3. |
Зависимости В(х) для |
круглых апертур |
|
приведены на |
рис. 4.2.3—4.2.5 |
(D = L — диаметр). |
Для диаграмм излучения по мощности прямоуголь ной апертуры в каждой из двух взаимно перпендикуляр
ных плоскостей (Ѳ и ср) |
получается следующее выраже |
|||
ние (нормировочный коэффициент опущен): |
||||
\F(x, |
u)\2 = |
\aF0(x, |
а) Fn (x, и)|\ (4.2.15) |
|
где |
|
|
|
|
Rn |
и) = |
Ух |
: ехр |
|
|
|
2п іt- 0 |
|
|
2а V [с (ѵ'г) - |
С {Ѵі) - j s |
(v'i) - f j s {Vi)\, |
Fa(x, u) = V x e x p ( j ^ - ) \ c ( ü ' 0) + c{ü0)
- iS (Vо ) - is (ц0)],
2а Ух |
1 |
2и Ух |
2 Ух
103
410
Рис. 4.2.3. Зависимость коэффи- |
Рис. 4.2.4. |
Зависимость коэффи- |
Рис. |
4.2.5. Зависимость коэффи |
||
циента В от приведенного расстоя- |
циента |
В |
от приведенного |
рас- |
циента В от приведенного расстоя |
|
ния X круглой апертуры при п —1. |
стояния |
х |
круглой апертуры |
при |
ния х |
круглой апертуры при п = 3. |
|
|
|
7tL |
sin 6; |
|
|
|
2L2A |
’ |
t;— T |
|
|
|
в плоскости 6 L = 2a, 6 = |
Ѳ; |
в плоскости <p |
L — 2b, 9 — |
|||
= <p; |
c, s — интегралы Френеля; N=^co (означает |
конеч |
||||
ность |
ряда). |
|
|
|
|
|
На рис. 4.2.6—4.2.11 приведены диаграммы направ |
||||||
ленности, рассчитанные по формуле (4.2.15) |
для й= 0,12; |
|||||
и= 0,316; 0,1; 0. Диаграммы |
нормированы |
к значениям |
||||
IF (х, |
и) I2 при и= 0. |
|
|
|
|
|
Зависимость диаграммы излучения круглого раскры |
||||||
ва от расстояния для функции распределения |
(4.2.10) |
определяется выражением (без нормировочного коэф фициента)
I F(x, u)\2— \(aW0(у, «>+ (1 - а ) Г „ ( Т , u)\3, (4.2.16)
где согласно [183]
w 0(b « )= — [«,(т. «) + /«Лт. “ )1
Y ~ ~ 8х ’ 2L*/X ’
ui (у, и) и и2(у, и) — функции Ломмеля первого рода от двух переменных соответственно 1-го и 2-го порядков.
Результаты |
расчета |
диаграмм излучения |
круглого |
|
раскрыва для |
й = 1 ; 2 приведены |
на рис. 4.2.12—4.2.17. |
||
При расчете |
огибающей |
краевого |
дифракционного |
излучения. |
в ближней зоне необходимо |
учесть следующие факторы, |
которыми |
||
■сопровождается |
приближение точки |
наблюдения к |
зеркалу |
(рис. 4.2.18):
— изменение соотношения амплитуд краевых волн за счет уве личения разницы в расстояниях от противоположных кромок зеркала до точки наблюдения;
— изменение углового сдвига между фазовыми фронтами крае вых волн;
— изменение соотношения амплитуд краевых волн, определяе мых диаграммами направленности из-за неравенства углов Ѳі и Ѳ2;
105
ника д л я й = 1, а = 0 , 3 1 6 .
1 06
107
ника д л я п = 1, с і = 0 .
108
ка для п = 2, а= 0,316.
109