 |
§ 7. 4. Излучение плоской и пространственной синфазных решеток
|
|
|
|
§ 7. 4. ИЗЛУЧЕНИЕ ПЛОСКОЙ И ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СИНФАЗНЫХ РЕШЕТОК
Для сужения ДН в двух главных плоскостях, т. е. для получения излучения в узком телесном угле, применяют плоские решетки (рис. 7. 9, а), состоящие из 
рядов излучателей. Каждый ряд состоит из 
излучателей. Таким образом, общее количество излучателей в решетке составляет 
.
Диаграмма направленности плоской решетки в плоскости, проходящей через продольные оси вибраторов (пл. ZOX, рис. 7. 9), совпадает с ДН одного ряда, т. е. с ДН линейной решетки.
При расчете ДН плоской решетки сначала рассчитывают диаграмму линейной решетки (одного ряда), а затем каждую такую антенну заменяют эквивалентным точечным излучателем, помещенным в фазовом центре линейной решетки. В результате расчет плоской решетки сводится к расчету линейной решетки, расположенной вертикально (рис. 7. 9, б) каждый излучатель которой имеет амплитуду поля, равную
Суммируя поля таких излучателей в дальней зоне с учетом равенства амплитуд токов в вибраторах, получаем
где 
- обобщенные координаты;
- углы, отсчитываемые от нормали к антенне в соответствующих плоскостях.
Для получения одного главного максимума диаграммы направленности в области углов 
расстояние между излучателями в решетке должно быть меньше длины волны 
.
Рис. 7. 9. Плоская решетка излучателей:
а - общий вид; б - к расчету ДН решетки
Плоская решетка, выполненная из симметричных вибраторов, имеет два главных максимума излучения, соответствующих углам 
. При этом амплитуда поля в максимуме ДН равна
.
Для увеличения пространственной направленности, т. е. уменьшения ширины основного лепестка в обеих главных плоскостях, применяются трехмерные (пространственные) решетки, состоящие из нескольких 
одинаковых плоских решеток, расположенных параллельно и следующих друг за другом (рис. 7. 10, а). При расчете ДН каждая плоская решетка заменяется эквивалентным точечным излучателем (рис. 7. 10, б), и рассчитывается множитель антенны с использованием формулы (7. 1) суммирования полей:
|
|
|
где 
, причем угол 
при расчете ДН в горизонтальной плоскости (пл. ZOX, рис. 7. 9, а и 7. 10, б) и угол 
при расчете ДН в вертикальной плоскости (пл. ZOY).
Рис. 7. 10. Пространственная решетка излучателей:
а - общий вид; б - к расчету ДН решетки
Если плоские решетки питаются в фазе, то для обеспечения максимального излучения в том же направлении, что и максимальное излучение каждой решетки, расстояние между ними 
должно равняться λ . Для уменьшения габаритов антенны расстояние между решетками берут равным 
, а питание их осуществляют со сдвигом фазы π . В обоих случаях антенна имеет максимумы излучения в направлении линии расположения решеток в обе стороны ( 
, рис. 7. 10).
Для создания направленного излучения в одну сторону фазы питания двух плоских решеток должны быть сдвинуты на 
, а расстояние между ними должно быть 
.
§ 7. 5. РЕШЕТКА С ЛИНЕЙНЫМ НАБЕГОМ ФАЗЫ.
АНТЕННЫ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СКАНИРОВАНИЕМ
Рассмотрим систему одинаковых излучателей, параллельных друг другу и расположенных на одной прямой (рис. 7. 11, а). Пусть амплитуды токов в излучателях одинаковые, а фаза тока в любом излучателе отличается от фазы тока предыдущего на одну и ту же величину, т. е. фазовое распределение по антенне - линейное.
Обозначив мгновенное значение тока в n - м излучателе через
,
для поля, созданного этим излучателем в дальней зоне, можем записать
где 
- сдвиг по фазе между токами соседних излучателей.
|
|
|
Рис. 7. 11. Решетка с линейным набегом фазы:
а - к расчету ДН; б - схема питания решетки
Учитывая, что 
(см. рис. 7. 11, а), выражение (7. 8) перепишем в виде
.
Поле всей антенны найдем суммированием полей отдельных излучателей:
Так как амплитуды токов во всех излучателях одинаковые, а фазовое распределение по антенне линейное, то
где 
- сдвиг по фазе между полями соседних излучателей в точке наблюдения;
- расстояние от фазового (геометрического) центра решетки до точки наблюдения.
Требуемое линейное фазовое распределение в решетке можно получить путем питания излучателей линией с бегущей волной (рис. 7. 11, б). При таком питании фазовый сдвиг между токами соседних излучателей 
, где 
- замедление фазовой скорости в питающей линии: 
.
Рассмотрим множитель антенны:
В отличие от синфазной антенны, этот множитель зависит от сдвига фаз питания излучателей .
Максимум излучения в такой антенне имеет место для тех направлений в пространстве, для которых удовлетворяется условие 
, где 
т. е. разность фаз полей излучателей, вызванная разностью хода лучей, полностью компенсируется разностью фаз токов излучателей:
откуда
где р - номер направления максимального излучения (номер луча). В общем случае 
Из (7. 10) следует, что диаграмма направленности имеет несколько главных максимумов. Найдем условие существования одного главного максимума в пределах углов 
.
В множителе антенны
этому изменению угла 
соответствует интервал изменения обобщенной координаты 
. Так как периодичность функции 
составляет 2π , то аргумент 
должен удовлетворять условию 
. Следовательно, 
; 
. Отсюда условие существования одного луча с номером р = 0 в синфазной решетке ( 
) следующее: 
(рис. 7. 12, а). В этом случае 
, т. е. главный максимум излучения перпендикулярен оси антенны. Если, в частности, 
, то условие существования одного луча (нулевого) имеет вид 
. Единственный главный максимум решетки в этом случае направлен вдоль ее оси (рис. 7. 12, б), т. е. 
. При промежуточных значениях 
направление максимального излучения луча с номером р = 0 составляет некоторый угол, отличный от 0 и 
, а 
.
|
|
|
Рис. 7. 12. Множитель решетки, состоящей из пяти излучателей
(заштрихованные участки, соответствующие реальной ДН,
), при различных значениях :
а - ; б -
Подставим в выражение (7. 10) значение 
. Тогда уравнение качания луча примет вид
Из (7. 11) видно, что перемещение луча антенной решетки в пространстве может быть осуществлено различными путями, например, изменением частоты колебаний питающего генератора или установкой между излучателями электрических или механических фазовращателей, т. е. устройств, изменяющих фазовый сдвиг проходящей волны .
Направления нулевых значений поля в ДН антенны можно найти из выражения (7. 9), приравняв числитель нулю:
откуда 
, где 
Направления максимумов боковых лепестков приближенно можно найти по максимальным значениям числителя (7. 9), т. е. принимая
, откуда
|
|
|
