|
| |
|
Слаботочка Книги В больших антеннах радиотелескопов, ориентированных главным лепестком в небо, особенно важно уменьшать задние лепестки, обращенные в сторону Земли. В отличие от длинных радиоволн в диапазоне СВЧ, как правило, превалируют внутренние шумы, поэтому в антеннах СВЧ необходимо добиваться максимального КПД. 7.2. Коэфициенты связи и развязки двух антенн 7.2.1. Связь антенны с детерминированной поляризацией Для расчета линий радиосвязи необходимо вычислить мощность Рпр приемной антенны, в долях мощности Ps, излученной передающей. Введем коэффициент связи двух антенн (1-(-m 1 т2) 2 cos 21/}-(-(m 1-(-т2) sin i/) пр Di{ei,ifii)D2i92,<fi2)\{-nini)\bm (47ГЯ12/А)2 Здесь - коэффициент рассогласования. Параметры 2,г]2 относятся к приемной антенне. При вычислении ip/nep (пер - мощность передат-чика) необходимо умножить х на Поляризационный коэффициент связи Хп = (12)Р зависимости от того, какие поляризационные параметры антенн-корреспондентов известны, может быть записан в одном из следующих видов: cos (ai - 0(2) - sin 2а sin 2/5sin 2Т1 -72. 2 (7.7а)
(7.76) 1 2mim2 2 {l + ml){l + ml) (l-mf)(l-ml) 2{\ + т1){1+т1) со82ф; (7.7в) (l+m?)(l + m2) (7.7г) Здесь 0(2, 72 ~ поляризационные параметры второй антенны (см. (7.4)); ф -- угол между большими полуосями поляризационных эллипсов антенн. В выражении (7.7в) знаки соответствуют одинаковым (-!-) и противоположным (-) направлениям вращения поляризаций антенн, причем mi 2 > 0; в (7.7г) следует брать m < О для левовращающейся и m > О - для правовращающейся поляризаций; pi = tg 1, р2 = tg а2- Из (7.7) следует, что Хп max = 1 при у: = О и mi = т2, т.е. совпадающих поляризационных эллипсах и одинаковых направлениях вращения, а Хп min = О имеет место при <р = 90° и mi = -m2, т.е. взаимно ортогональных эллипсах и противоположных направлениях вращения. Таким образом, при любой поляризационной характеристике антенны существует такая поляризация, что связь между антеннами будет отсутствовать. В то же время, если одна из поляризаций - чисто круговая (mi = 1), а вторая - линейная (7л2 = 0), то независимо от угла поворота линейной поляризации Хп - 0,5. Для исследования поляризационной характеристики одной из антенн 7.2.2 Связь антенн с ... поляризациями часто используют измерительную антенну с поворачивающейся линейной поляризацией, т.е. с т2 = О и ф = ф{1). Тогда / ч 1 1-mf 2 2(1 + ш?)° = со80(г) + т1втф{и) называют поляризационной диаграммой антенны 1 для данного направления 9, (f, где V - угол поворота. Коэффициент связи будет максимальным Хп max = 1/(1 + rnl) ПрИ t/) = О И МИ- нимальным Хп min = m\l[\ т\) при 0 = 90°, радиус-векторы этой кривой равны квадратам полуосей поляризационного эллипса антенны i, а их отношение Хп тт/Хп max = ГП, Т.е. раВНО квадрату коэффициента эллиптичности. Если достаточно быстрое вращение вспомогательной антенны 2 вокруг своей оси совместить с более медленным поворотом антенны 1 в какой-либо плоскости, то получим обобщенную характеристику направленности антенны 1 в этой плоскости, модулированную изменением ее уровня при mi ф \ (при mi = 1 модуляция отсутствует, так как Хп = const = 0,5). Однако определить, каким наклонам антенны 2 на графике соответствуют минимальные и максимальные уровни кривой, затруднительно. 7.2.2. Связь антенн с недетерминированной или частично детерминированной поляризациями Если антенна имеет два независимых взаимно ортогональных (по поляризации) входа, то при возбуждении с этих входов некогерентными сигналами ее поле излучения будет содержать любые поляризации, т.е. будет иметь недетерминированную или хаотическую поляризацию (в оптике такое излучение называют неполяризо-ванньш) [7,7]. Поляризационный коэффициент связи с такой антенной = 0,5, независимо от поляризации антенны-корреспондента. В этом случае для описиния состояния поляризации требуются дополнительные параметры. Обычно испо.яьзуют параметры Стокса Q = lEtW - \Ee{t) и = 2\Ев{ЩЕАг)\совФвАУ, V = 2\Ев{г)\\ЕА1)\втФвА1у, где Ee(f.), Ep{t) - амплитуды гармонических колебаний; Ф(() - разность фаз между компонентами; черта сверху означает усреднение по времени. Таким образом, параметр I соответствует средней интенсивности поля, параметр Q - разности средних ин-тенсивностей компонент 9 и <р, параметры и и V - взаимные корреляционные функции этих компонент. Компоненты 9 R if хаотически поляризованного поля независимы и, следовательно, некоррелированы, а интенсивности их равны, поэтому для этого поля и = V = Q = 0. Для случая полностью детерминированной поляризации I = E + El= Е Q - Едет COS 2v COS 2а; и = IЕдет 1 COS 2v sin 2q; V - Едет sin2i;. где V - arctg т.. Поле с частично недетерминированной поляризацией можно разбить на две части: с детерминированной поляризацией и параметрами q, u, v, /дет = С хаотической поляризацией и параметрами q = и = v = 0; /хаот = = Jv - /дет- Мощность в приемном тракте ан- тенны, находящейся в поле с частично недетерминированной поляризацией, /пр = ф8[;> + 0,5(1-С)], где S = [e0{t)e;{t) + e{t)e*{t)]/2zo - вектор Пойнтинга; С = /дет/Е - коэффициент степени детерминированности поляризации. 7.2.3. Коэффициент развязки антенн Если связь между антеннами нежелательна, то вместо коэффициента связи x употребляют обратную ему величину - коэффициент развязки \раз - ~х- Необходимость в расчете коэффициента развязки возникает при электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоаппаратуры, а также в приемно-передающих антенных системах радиорелейных линий и т.п. Запищем коэффициент развязки (дБ) в виде \раз = 22,6 + qn - gi max - g2 max -УБЛ1 - УБЛ2 + fll2 + a. Здесь первый член - развязка двух изотропных излучателей, разнесенных на 1Л; п соответствует записи расстояния ri2 = 2 ; УБЛ 1,2 - уровни боковых лепестков ДН в направлении друг на друга; (.112 - поляризационный коэффициент. При fii2 = О теоретически можно обеспечить полную развязку антенн. Однако практически это неосуществимо, так как управлять поляризацией в области боковых лепестков (особенно удаленных) невозможно, так как она определяется, в том числе, и случайным факторами. Получить больщую развязку при повыщении п в условиях размещения антенн на одном объекте тоже нереально, например, при возрастании п от 20 до 21 развязка увеличивается всего на 4,5 %. В этих случаях необходимо использовать дополнительные факторы: взаимное экранирование (не в ущерб основной ДН), развязывающие структуры, компенсационные схемы и другие, эффект которых учитывается коэффициентом х- Возможности повышения развязки ограничивают также отражение и рассеяние радиоволн неоднородностями атмосферы, а для наземных систем - и элементами рельефа местности и т.п. 7.3. Элементарные излучатели Излучающую поверхность любой антенны можно представить в виде простейших - элементарных - из- лучателей, размеры которых много меньше длины волны [7.1, 7.4]. Общим для всех этих излучателей явля- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 [32] 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 |
||||||||||||||||||