|
| |
|
Слаботочка Книги  р{г,в,р) Рис. 7.2 С учетом последних выражений (7.12) принимают вид X (iVj; COS у? + ny sin у?); . exp(-iA;P) cos9 + ot j x{nx sinp - ny cosp>); N = У Eo exp(ifc/9cos f) c/s. 2. Плоская апертура в плоскости xoy декартовой системы координат с осью 0z в центре апертуры и сферическая система координат в пространстве r, 9, if с полярной осью, совпадающей с осью ОУ (рис. 7.3). После циклической перестановки получаем (121) = (iyi) = 0; (iiie) = (ixie) = cossin v?; (iii) - [xxip) = cosp; {1210) = (iyie) = -sm9; p cos v = у cos + г sin cos p>-\-+ x sin sin (p. Угол <p отсчитывается от оси oz в плоскости апертуры xoz. Подставляя последние соотношения в (7.12), получаем ef, = i .exp{-ikr) \zq cos 9 sin ipnx -  Рис. 7.3 - ( cos p + - sin 9 n .exp{--ikr) 2xr sin 6*4- zq \ H--cos p nx + cos 9 sin pny a / 3. Цилиндрическая апертура с цилиндрической системой координат р, z, г ь апертуре и сферической r, 9, р в пространстве, ось 0z совпадает с полярной осью сферической системы, углы р пр отсчитываются от оси ох в сторону оси ОУ в плоскости xoy. При этом {2<р) = (iziip) = 0; (iiie) = {iipie) = cossin(v? - p); (iiiip) = {iipip) = cos{p - p); {{210) = (izie) = -sin9; pcosv = p cos 9 cos9 + p sin 9 sin 9 x x cos{p-p) = z cos9+rsin9 cos{ip-p). 4. Сферическая апертура со сферической системой координат 9, р, r = а ь апертуре (21) = (VV) - cos(v? - р) (iiie) = (ieie) = = sin 9 sin 9 + cos 9 cos 9 cos{p - p)\ {г2ч) = {ipie) = sin{p - p); (iiiip) = (ieiifi) = cos9 sin{p - p)\ p cos v = = a(cos 9 cos 9 + sin 9 sin 9 cos{p - p)). Определение КНД антенн по (7.3) осложняется необходимостью вычислять полную излучаемую мощность путем интегрирования Р{в, ip) по углам 9, ip. Дал<е для простых линейных антенн, когда это интегрирование выполнялось, окончательные выражения были довольно громоздки. В то же время, для апертурных антенн расчет Ps может быть существенно упрощен при нахождении потока мощности излучаемого поля через апертуру антенны [7.1, 7.2]. Задавая апертурное распределение в духе принципа Гюйгенса-Кирхгофа и полагая справедливым соотношение Etr, найдем = -Г- 2 J а где А - площадь апертуры. В частном случае а = Zq ж при синфазном возбуждении апертуры д.пя направления нормали к апертуре D = Dq = 47Г (А) Л2 / \E,\Us При равномерном синфазном возбуждении Etr = const и Dq = Dmax = 47гАгеом/Л. Нетрудно показать, что при неравномерном амплитудном распределении Dq < Dmax, поэтому последнее выражение можно видоизменить, вводя в него коэффициент использования поверхности (КИП) апертуры q 1: 7-1 Л Л Таким образом, максимальный КНД апертурной антенны обеспечивается при равномерном синфазном распределении (сверхнаправленные распределения, для которых q > 1, исключаются). При постоянном амплитудном и линейном фазовом распределениях q = COs6max, где max - отклонение максимума ДН от нормали к апертуре. Выражение q приближенно верно при углах тах 45°. Эффективная поверхность апертурной антенны в режиме передачи тождественна ее эффективной поглощающей поверхности в режиме приема, а связь этих величин с КНД выражается одной и той же формулой. Отсюда можно сделать вывод, что любым антеннам (а не только апертурным) можно приписывать некоторую эквивалентную апертуру, определяя ее таким же соотношением Лэф = XDq/Att, или с учетом КПД Аэф = XGq/Аж. Так, эффективная поверхность диполя, у которого Dq = 1,5, составит Аэф = - 2 47Г Введенная эффективная поверхность характеризует полную излучаемую антенной мощность. Очевидно, можно вводить эффективные поверхности Лэф по отдельным поляризациям, а также учитывать рассогласование антенны с нагрузкой. 7.6. Коэффициент направленного действия, коэффициент использования поверхности и эффективная поверхность апертурных антенн 7.7. Рассеяние антенн Антенны, как и любые тела, рассеивают падающее на них электромагнитное поле. Это рассеяние нежелательно, так как его уровень может быть достаточно велик и способствует радиолокационному обнаружению объектов, на которых антенны размещены. Полностью устранить рассеяние антенны невозможно, так как если антенна не рассеивает, то она и не принимает электромагнитную энергию, т.е. не выполняет свою основную задачу. В этом нетрудно убедится, применяя к суммарному полю Е =: Е° Ч- EP Н = Н° -Ь НР (Е°, Н° - первичное, а Е, НР= - рассеянное поля) теорему Пойнтинга, записанную для области, ограниченной снаружи замкнутой поверхностью s, не включающей источники первичного поля, но окружающую антенну. 7.13 Re i У[(Е° -Ь ЕР)(Н° + НР)*] ds = Р, погл) где Рпогл - мощность, поглощаемая приемной антенной. Полагая ЕР= НР= О, получаем  E°n°*]ds=R погл! но поскольку внутри 5 источников ПОЛЯ Е°, Н° нет, то интеграл в левой части выражения равен нулю и Рпогл = О- Рассеяние антенн так же, как и других тел, характеризуется [7.32, 7.33]: 1) однопозиционной (моностатической) интегральной поверхностью а{в,р) = Р{в,р)/\Ке8{в,р)\, равной отношению всей рассеянной антенной мощности Р{9, <р) к плотности потока мощности Ке8{в,(р), переносимой плоской волной, облучающей антенну с направления в, <р; 2) двухпозиционной (бистатиче-ской) дифференциальной поверхностью , (О .в .X Рг{в,р;В\р) -(l/47r)ReS(,V.)r Ат:Рг{е,р;в,р) Re 8(6 , V?) равной отношению мощности, рассеиваемой антенной в направлении 9, <р при облучении с направления В, ip, к мощности, рассеиваемой в единицу телесного угла гипотетическим изотропным рассеивателем, облучаемым такой же первичной волной; 3) КНД двухпозиционной диаграммы рассеяния D{9, <р; 9, р) = 47гР,/Ре = ajcr. Наибольший практический интерес представляют дифференциальные поверхности - теневого (по направлению первичной волны) и <Тобр - обратного или радиолокационного (навстречу первичной волне) рассеяния. Графики функций (т-£,{9,р) и (Тр{9,р) при 9 = const, р ~ const называют диаграммами, а (Tj(9,p) при 9 = const, р = const - индикатрисами рассеивания. Поляризации рассеянного и первичного полей, как правило, различны. Связь между ними описывается при помощи девятикомпонентных (в общем случае) матриц рассеяния, различных для каждого направления рассеяния. Для обратного рассеяния эти матрицы четырехкомпонентны (2-го ранга). Приводя их к диагональному виду, можно найти поляризации, сохраняющиеся при рассеянии. Обозначая 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 |