3.7.2 Принципы формирования направленного излучения (приема) электромагнитных волн

Из теории антенн известно, что направленное излучение (прием) ЭМВ обеспечивает даже элементарный вибратор. Однако для решения практических задач локации требуется существенно более высокая направленность, которая может быть обеспечена сложными АС, состоящими из большого числа элементов. Повышение направленности обеспечивается за счет интерференции полей, созданных этими элементами.

Рассмотрим простейшую модель АС из двух одинаковых элементарных вибраторов (рис.3.37).

В

Рис.3.37. Простейшая модель антенной системы.

ибраторы запитываются токами I '1 = I exp(j₁) и I '₂ = Iexp(j₂). Точка наблюдения Р находится в дальней зоне системы излучателей, т.е. r_дз  2d², на котором лучи от элементов антенны приходящие в точку наблюдения можно считать параллельными. Длина вибраторов- l.

Поле в точке наблюдения определяется интерференцией полей вибраторов

E₁(,) = E₁^.sin() exp[j(₁ – k·r₁)],

E₂(,) = E₂^.sin() exp[j(₂ – k·r₂)]. (3.14)

Заметим, что различие r₁ и r₂ несущественно влияет на амплитуды полей E₁  E₂ = E = 60·I·l/·r, но принципиально должно учитываться при определении фаз интерферирующих полей:

₁ – k·r₁ =  + /2 – k·(r – d/2·cos );

₂ – k·r₂ =  – /2 – k·(r + d/2·cos ), (3.15)

где  – разность фаз токов, питающих вибраторы;  – условная фаза, привязанная к центру О системы вибраторов; r – расстояние от центра (точка О) системы вибраторов до точки наблюдения Р; k = 2/ – волновое число.

Комплексная амплитуда результирующего поля в точке Р равна

Нормированная ДНА по полю будет равна

Из анализа приведенной формулы следует, что направленность системы излучателей определяется направленностью одного излучателя (F₁(Q)= sin(Q)) и направленностью системы изотропных излучателей, характеризуемой множителем системы

F_сист()=cos·[/2 + (kd/2)cos ]. (3.16)

Полученный результат иллюстрирует сформулированное М.А.Бонч-Бруевичем правило перемножения характеристик направленности: для АС из одинаковых и одинаково ориентированных излучателей справедливо

F_p(,) = F₁(,)·F_сист(,). (3.17)

На практике для АС больших электрических размеров направленные свойства определяются множителем системы – F_сист(,), что позволяет ограничиться его расчетом и анализом.

В качестве примера на рис.3.38 приведены результаты расчета F_сист() и F_p() = F₁()F_сист() для двух синфазно или противофазно запитанных вибраторов при различных d/.

Рис.3.38. Результаты расчета для двух синфазно или противофазно запитанных вибраторов при различных d/.

Анализ позволяет сделать следующие выводы.

1. Направленные свойства возрастают пропорционально d/, что, однако сопровождается ростом количества лепестков ДН, нежелательных в радиолокации.

2. Угловое положение максимумов ДН зависит от разности фаз питания вибраторов и, следовательно, от изменения f, например, электрическим путем, можно обеспечить сканирование ДН.

Для практического использования такие антенны с ДН резко выраженного интерференционного характера и слабой направленностью мало пригодны.

Одним из способов уменьшения количества лепестков ДН является использование хорошо проводящего экрана, позволяющего обеспечить излучение только в переднюю полусферу.

Таким образом, высокая направленность антенн, как правило, обеспечивается путем применения в РЛС сложных АС, состоящих из большого числа элементов. Повышение направленности обеспечивается за счет интерференции полей, созданных этими элементами.