|
| |
|
Слаботочка Книги и левовращающуюся в направлении 9 = ж круговую поляризацию, в остальных направлениях поле будет эллиптически поляризовано за исключением плоскости в = 7г/2, где поляризация чисто горизонтальная [Fe = 0). Диаграмма полной мощности Рп{9) = F + Р = (1 + cos 9) не имеет нулей вообще, в направлении оси ее КПД = 1,5, а в экваториальной плоскости КПД = 0,75. Фазовая диаграмма определяется функцией ехр[-1(7Г<)], т.е. представляет собой архимедову спираль г = {тг + <р), фазовый центр у которой отсутствует. Такое поле называют спиралънофазовьш. Близкие характеристики имеет антенна, выполненная в виде кольца с параметром 1Л и бегущей волной тока. Действительно, ее можно рассматривать как систему малых турникетных излучателей, образованных элементарными участками кольца и отстоящими от них по кольцу на Л/4, возбуждаемых с относительными сдвигами фаз, равными 7г/2. 7.4. Вероятностный коэффициент связи антенн, ориентированных относительно друг друга случайным образом На практике встречаются случаи, когда взаимные ориентации антенн линии связи не являются жестко фиксированными, а могут изменяться в процессе связи. Если закон этих изменений неизвестен, то приходится считать его случайным, а значение коэффициента связи - вероятностным [7.8-7.12, 7.19, 7.20]. Если к тому же перерывы в связи нежелательны (это особенно важно при связи с искусственными спутниками Земли и космическими аппаратами), то необходимо рассчитать превышения коэффициента связи относительно некоторого порогового уровня, при котором обеспечивается связь. Близкая проблема возникает и в тех случаях, когда направление линии связи не фиксировано, а связь осуществляется вследствие конечной ширины ДН антенн, например в приемной аппаратуре, предназначенной для обнаружения сигналов, приходящих с различных направлений. Наконец, даже в самой простой линии связи следует учитывать вероятность изменения сигнала связи из-за неточной взаимной ориентации антенн, особенно при наличии в их ДН достаточно частых и глубоких провалов (случай, часто встречающийся на практике у самолетных антенн с достаточно широкими ДН). Если значения Gi и rii фиксированы, а случайным образом изменяются лишь Ст2 и По (что чаще и бывает), то расчитывают кривые распределения вероятности коэффициента связи X = \(G2,1x2). Кривые строят путем подсчета долей рассматриваемого углового сектора, в которых X превышает различные уровни X - ,\о в интервале изменений 9, ip, 7, где 7 - параметры поляризационного эллипса приемной антенны. Эти величины можно определить как расчетами, так и экспериментальным методом статистических испытаний, используя таблицы случайных чисел. При постоянстве TI2 это не представляет трудности. Сложнее обстоит дело, если необходимо учитывать и случайные изменения коэффициента П2, ведь как было показано выше, если может принимать любые значения, то среди НИХ будут и такие, когда пп -L iii, а это значит, что О и связь будет отсутствовать. Таким образом, не.яьзя обеспечить 100 %-ную вероятность связи, независимо от значения порогового уровня. Этот вывод формулируется в виде следующей теоремы: если амплитудная ДН не имеет нулей, то поляризация излучения зависит от направления и в полном телесном угле 47Г обязательно найдется хотя бы одно направление, в котором коэффициент эллиптичности принимает любое наперед заданное значение (т.е. и такое, когда -L rii). Из этой теоремы следует, что хотя близкую к изотропной ДН полной мощности реализовать возможно (например, турникетные излучате.яи), но поляризационную изотропность обеспечить невозможно и речь может идти лишь об оптимальном подборе пар антенн-корреспондентов, при котором обеспечивается максимальная вероятность коэффициента связи. Так, для двух диполей Xd = 1 - \/pcpdnop, где рр = 0,67 - средний уровень ДН поля (по мощности); dop - пороговый уровень КНД. По этой формуле ;\; = 0,8 при Dnop = 0,06; X = 0,59 при Dnop = = 0,25; X = 0,43 при Dnop = 0,5; х = О при Dnop = -Dmax = 1,5 (рИС. 7.1, Кри- вая 1 - линейная поляризация у обеих антенн). В случае связи с турникетной антенной круговой поляризации, для ко- торой рср = 1,33 и Xd = yi - pcpdnop, имеем \ = 0,82 при Ьпор = 0,25; V = 0,56 при dop = 0,5; х = О прн опор = Dmax = 0,75 (кривая - у одной антенны линейная поляризация, у другой - круговая). Если же обе антенны - турникетные с одинаковым направлением вращения поляризации, то х = 0,80 при опор = 0,5, а Dmax = 1,5 (кривая 3). р{0,ф} 1,25  О 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 эф Рис. 7.1 Таким образом, последний вариант сочетания антенн-корреспондентов самый выгодный. Однако обеспечить коэффициент связи х, близкий к 100 %-ной вероятности, вполне возможно, для этого, например, следует использовать наземную антенну с раздельным приемом двух ортогонально-поляризованных компонент поля, тогда бортовая антенна должна будет иметь безнулевую диаграмму мощности при любой поляризации, даже изменяющейся по ДН. 7.5. Приближенные расчетные формулы поля излучения апертурных антенн Для расчета полей излучений апертурных антенн на практике применяют упрощенный метод, сочетающий приближенный принцип Гюйгенса-Кирхгофа с принципом эквивалент- ности [7.1, 7.2]. Согласно первому, поле в апертуре принимается таким же, каким оно будет в невозмущенной конструкции, на базе которой создана антенна. Принцип же эквивалентности заключается в замене касательных к поверхности апертуры компонент векторов Е и Н эквивалентными им поверхностными электрическим К и магнитным К токами: К = [пН]; = [тъЕ; где п - нормаль к поверхности апертуры, внешняя по отношению к пространству, в котором вычисляется поле (в выражениях гл. 1 используется нормаль противоположного направления). Расчет полей излучения при этом производится по формулам (1.36): exp(-ifcД){Zo[iiг[Fiл]]+ Н = zq (7.11) F = У [пН] exp(ifep cos v) ds; = - У [пЕ] exp(iA.pcos v) ds; zo = \/ /io/o- Расчеты упрощаются, если Ег и в апертуре связаны импедансным соотношением Е = a[nHj, где а - коэффициент, в общем случае изменяющийся по апертуре. Если апертура совпадает с поверхностью фазового фронта волны, падающей на апертуру, то а постоянен и равен импедансу волны в направлении (-п). Подставляя в (7.11) значения F, Е и Ер, получаем .exv(-ikr) Е = 1 - ( zq%r\ тг-- LV а / X exp(ifcp cos г;) ds; cost) = cos cos б-fsin б sin бcos((/?-(/?), где xr - единичный орт радиус-вектора R точки наблюдения; р - радиус-вектор точки апертуры; 9, (р я в, р - угловые координаты точки наблюдения и апертуры. Если апертура плоская, то п = = const, а = const и .exp{-ikr). Е = i  N = J ет;ехр{[крсоБу) ds. Если ввести в апертуре криволинейную систему координат ii, 12, г = = -тг, а в пространстве - сферическую xr, хв, i, то Е в координатной записи принимает вид zo{xixo) (iiV) - zo{x2Xe) X exp(ip cos г;) ds; .exp{-ikr) - 2xr zo{xliф) (чхв) - zo{x2Xy,) X exp{ikp cos г;) ds. (7.12) Наибольший практический интерес представляют следующие частные случаи. 1. Плоская апертура в плоскости xoy декартовой системы координат с осью 0z в центре апертуры и сферическая система координат в пространстве r, в, <р с полярной осью, совпадающей с осью qz, угол <р отсчитывается от оси ох к оси ОУ (рис. 7.2). При этом (чху,) = (хуХ) = cos v?; (iii) = {xj:Xe) = cos cos ; (iii) = (i-v) = - sin V?; (ггй) = iye) - cos б sin ; p cos v = x sin в cos -f у sin б sin (p-\- -b z cos tp. 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 |