5. Прямолінійні антенні решітки……………………………………………..2
5.1. Будова АР та її ДС………….…………………………………………….3
5.2. Дослідження множника АР…….... .……………..……………………….9
5.3. ШГП множника дискретної АР в залежності
від віддалі між елементами……………..……………………………...11
5.3.1. ШГП для АР поперечного випромінювання …………………….13
5.3.2. АР поздовжного випромінювання ……………………………….14
5.3.3. АР нахиленого випромінювання ……………………….……….16
5.2.2. АР поздовжного випромінювання………………………………8
5.2.3. АР нахиленого випромінювання………………………………10
5.2.4. Особливий випадок поздовжнього випромінювання…………..12
5.3. Ширина головного пелюстка ….……………………………………….11
5.4. Неперервні АР …………………………………………………………..14
5. Прямолінійні антенні решітки
Як показано в попередньому розділі, СВ являються простими та широко використовуваними антенами. Але їм також властиві певні недоліки:
мінімальна ШГП являється доволі значною;
КСД являється досить малим;
відсутня можливість електричного (дистанційного) управління напрямом головного пелюстка.
Тому виникає практична проблема: як використовуючи наявні прості антени, до яких також відносяться СВ, усунути вказані недоліки.
Одним з таких шляхів являється сумісне використання декількох простих однотипних антен (наприклад, СВ), які формують антенну решітку (АР). Переваги АР полягають саме в тому, що при наявності в їх складі простих однотипних випромінювачів з нормованою ДС (Fe) можна отримати (Додаток 5.1) результуючу ДС АР (Fr), на яку має вплив нормований (Fm) множник АР
Fr= FeFm (5.1)
На основі залежності (5.1) можна зробити висновок, що результуюча ДС АР може значно відрізнятись від ДС її складових елементів. Таким чином, ДС множника АР (Fm) являється однією з визначальних характеристик АР. Саме вплив Fm дозволяє на основі простих випромінювачів, з їх ДС (Fe) далекими від досконалості, отримати кращі характеристики результуючої ДС. Отже залежність (5.1) спростовує ту хибну уяву , що при використанні N одинакових елементів з їхніми ДС (Fe) результуюча ДС АР буде становити Fr=FeN. Реально результуюча ДС АР описується (5.1) більш складною залежністю – з врахуванням множника АР (Fm).
Найбільш поширеними являються прямолінійні дискретні АР.
5.1. Будова ар та її дс
Будова
АР
. Дискретна АР містить однотипні
елементи, причому в прямолінійній АР
вони розташовані вдовж прямої, яка
являється віссю АР.
Рис.5.1. Будова прямолінійної АР (вісь АР вздовж осі OZ)
Отже, для прямолінійної АР характерні наступні ознаки:
дискретна АР містить N елементів;
всі елементи (з N елементів) розташовані рівномірно вздовж осі АР, причому віддаль між сусідніми елементами становить d;
фаза струму в n-му елементі становить φn, а в (n+1)-му елементі запізнюється на величину h , тобто становить φn+1= φn -h
Можливі фактори впливу на ДС множника АР . На перший погляд основними можливими чинниками , що впливають на ДС множника АР можуть бути :
загальні (для всіх антен) чинники- кути Ɵ та φ сферичної системи координат та довжина хвилі λ;
специфічні для АР чинники - N, d та h.
Але реально на ДС множника АР (Fm) може впливати менше чинників. Якщо вісь АР (рис.5.1) розміщена вздовж осі OZ, то відпадає (рис.5.2, вікно 2) можливість залежності ДС від кута φ ( немає причин для того, щоб один з напрямків кута φ чимось відрізнявся від інших напрямків даного кута).
Рис.5.2. Фактори впливу на ДС множика АР: всі можливі фактори (вікно 1); фактори, залишені після попереднього аналізу (вікно 2).
Вплив віддалі d повинен визначатись не її абсолютним значенням, а (як і для більшості інших антен) лише нормованими значеннями довжини, тобто нормованою віддалю (рис.5.2, вікно 2)
dn=d/λ (5.2 )
Враховуючи те, що ДС більшості антен описуються тригонометричними функціями, тому ДС повинна залежати від значення dn , поданого в радіанах, тобто 2πdn.
Також логічно вважати, що на форму ДС впливає не абсолютне значення зсуву фаз h, а нормоване (рис.5.2, вікно 2) відносно нормованої віддалі dn (h/dn) та нормоване відносно максимального значення фазового зсуву (2π)
hn= h/(2πdn) (5.3)
ДС множника АР. Як показано ( Додаток 5.1) множник АР, яка розміщена вздовж осі OZ, визначається наступним чином
fm= sin(u)/sin(u/N) (5.4)
де u=0.5Na1 - узагальнена кутова координата, a1=2πdn(cosƟ-hn)
Отже правильність результатів попереднього аналізу (рис.5.2, вікно 2) повністю підтверджується отриманою залежністю (5.4) для ДС .
Варто зауважити, що узагальнена кутова координата u (5.4) має певний фізичний зміст.
Рис.5.3. До визначення фізичного змісту узагальненої кутової координати
В точці спостереження М поле випромінювання кожного наступного (розташованого вище по осі OZ, рис.5.3) випромінювача:
відстає на величину h за рахунок встановленого запізнення фази (на величину h) на наступному випромінювачі, порівняно з попереднім;
але випереджує (за фазою) поле випромінювання попереднього випромінювача на величину kdcosƟ за рахунок геометричної різниці ходу хвиль dcosƟ.
Отже величина
kdcosƟ-h= 2πdncosƟ-h=2πdn(cosƟ-hn) =a1 (5.5)
становить в точці спостереження М різницю фаз полів від двох сусідніх випромінювачів. Порівнюючи залежності (5.4) та (5.5) видно, що узагальнена кутова координата в N/2 разів більша за різницю фаз (5.5) від двох сусідніх випромінювачів .
Очевидно, що поле двох сусідніх випромінювачів в точці спостереження буде додаватить у випадку виконання умови
а1=2mπ m=+-1, +-2 … (5.6)
Нормована ДС множника АР (Fm). Максимальне значення множника АР (5.4) наступає при умові cosƟ=hn та становить N. В результаті отримаємо нормоване (відносно максимальної величини ) значення для fm
Fm =fm/N=sin(u)/[Nsin(u/N)] - нормований множник АР ( 5.7)
Саме нормоване значення (5.7) використовується, в основному, при подальшому дослідженні АР.
Приклади ДС множника АР. Розглянемо вплив параметрів АР на форму ДС її нормованого множника (Fm). Згідно залежності (5.6) та script-файла s5n1 ( Додаток 5.3) отримані нормовані ДС множника АР.
Рис.5.4. Залежність (при hn=0, N=2) ДС в полярній системі нормованого множника АР (Fm) при зміні dn (dn1=0. 5, dn2=0. 7, dn3=0.8, dn4=1).
Видно, що форма ДС множника АР суттєво залежить від зміни навіть одного (dn) з параметрів АР.
Тому необхідними являється додаткові дослідження множника АР з метою вияалення його загальних особливостей.