|
| |
|
Слаботочка Книги нительно к линейной непрерывной антенне, постановка этих задач и методика их решения остаются в общих чертах неизменными и для антенн других типов. Качественно сходными оказываются и многие результаты решения прямых внешних задач для антенн разных типов. Например, для любых антенн поперечного излучения с малыми фазовыми ошибками основное влияние на повышение УБИ и снижение КНД оказывают флуктуации с малыми радиусами корреляции {р <С L). Наиболее неприятными являются флуктуации, для которых р ~ Л. Что же касается ухода направления главного максимума и расширения средней ДН, то здесь решающую роль играют флуктуации, радиус корреляции которых соизмерим с размерами антенны. Максимум этих флуктуации имеет место при р ~ 0,41. Близость методики исследования прямых внешних задач для ряда типов антенн и сходство получаемых при этом результатов усиливает значимость приведенных выше результатов анализа статистики поля линейной непрерывной системы, подчеркивает их достаточную общность. Вместе с тем, для каждого класса антенн решение прямых внешних задач имеет свои особенности как в вычислительном плане, так и по полученным результатам, а иногда и по характеру основных статистических эффектов. Характер этих особенностей мож- в кото- но видеть, например, из рой изучена статистика поля излучения ряда типов антенн, отличающихся в том или ином плане от эталонной - линейной непрерывной антенны с равномерным амплитудным распределением и однородными случайными фазовыми ошибками. Особенно следует выделить антенны бегущей волны (АБВ), у которых наряду с ошибками локального характера (типичных для антенн поперечного излучения) имеются и нелокальные ошибки - возникающие на каком-либо участке антенны случайные возмущения параметров оказывают свое влияние на амплитуды и фазы возбуждения всех последующих источников. Нелокальные ошибки сказываются на статистике поля антенны качественно иначе, чем локальные ошибки [Q.1]. Прямым внешним задачам посвящено подавляющее большинство опубликованных работ по СТА. Основное внимание в них уделено рассмотрению традиционных вопросов - излучению средней ДН, среднего КНД, УБИ, ухода направления главного максимума и других для разных классов непрерывных и дискретных антенн при различных вероятностных свойствах флуктуации источников. Особо следует отметить вопрос об УБИ. Последний во многом определяет ЭМС и помехозащищенность радиотехнических систем. Не случайно в литературе по СТА он занимает особое место [9.7 . Помимо традиционных вопросов в некоторых работах, особенно последнего времени, анализируется и ряд новых интересных, относящихся к теории прямых внешних задач [9.4], например можно указать следующие: изучение статистики разностных, фазовых, поляризационных ДН; вопрос о влиянии неточностей изготовления зеркала на кроссполяризацию поля; статистический анализ характеристик антенн на побочных излучениях и многомодовых антенн; исследование поля антенны со случайными размерами или апертурой случайной формы; развитие статистической теории антенных укрытий и т.д. Достаточно полная библиография основных работ по прямым внешним задачам содержится в 9.1,9.4,9.6 9.5.2. Прямые внутренние задачи Цель решения прямых внутренних задач, как уже отмечалось в § 9.1, - нахождение статистики источников в антенне (в частности, дисперсий и радиусов корреляции флуктуации). Эти данные являются входными при расчете статистики поля излучения антенн по формулам теории внешних задач. В отличие от внешних задач, решаемых одними и теми же методами, внутренние задачи в каждом конкретном спучае решаются по-своему в зависимости от механизма происхождения флуктуации, типа и конструкции антенн. Этим объясняется и то, что с момента возникновения СТА, ведущей свое начало от статистической теории допусков 50-х годов [9.8, 9.9], число работ, посвященных внутренним задачам, относительно невелико. В последнее время в связи с форсированной разработкой крупных дорогостоящих антенн наметился и серьезный сдвиг в области исследования присущих этим антеннам случайных ошибок. Значительное место здесь принадлежат эксперименту. Для зеркальных антенн решение внутренней задачи означает, прежде всего, определение случайных деформаций зеркала, обусловленных неточностями изготовления, сборки, а также эксплуатационными факторами. К настоящему времени разработан ряд новых, прецизионных методов определения деформаций зеркал - радиолокационные, лазерные фазовые дальномеры, голографические и т.д. Лучшие из них обеспечивают точность измерения до единиц микрон. Созданы специальные измерительные комплексы и камеры для натурных измерений эксплуатационных деформаций крупных зеркальных антенн. Разработаны алгоритмы и программы для расчета механических и температурных деформаций зеркал, воссоздания возможных температурных режимов работы спутниковых антенн. Для антенных решеток решение внутренней задачи состоит в определении статистики флуктуации токов возбуждения излучателей решетки. Источниками флуктуации могут быть неточности изготовления элементов решетки, слабая жесткость конструкции, нестабильности генераторов, усилителей, фазовращателей, которые обычно определяются экспериментально. Недостаток такого подхода в том, что не учитывается обусловленное взаимовлиянием изменение статистики источников при качании луча. Это стимулировало появление ряда теоретических работ, посвященных исследованию влияния флуктуации напряжения на входе решетки и флуктуации параметров элементов тракта на статистику поля решетки, ДН и КНД. При этом взаимовлияние излучателей учитывается полностью. Интересно отметить наличие работ типа [9.20], в которых вначале находят строгое решение краевой задачи для отдельной реализации решетки с последующим применением метода статистических испытаний (метода Монте-Карло). Здесь фактически нет деления прямой задачи СТА (расчета статистики поля излучения антенны) на внутреннюю и внешнюю. Если флуктуации поля в апертуре привнесены падающей волной, то внутренняя задача представляет собой, по сути, задачу распространения волн в той или иной постановке. Возможности решения подобных задач за последние годы существенно расширились благодаря успехам теории распространения волн в случайно-неоднородных средах и новым обширным экспериментальным данным в этой области. Более полную информацию по во- просам прямых внутренних задач можно найти в [9.4, 9.6]. 9.5.3. Обратные задачи СТА Прямые задачи (внутренние и внешние) составляют содержание первого раздела обшей СТА (см. рис. 9.1). Второй раздел этой теории - обратные задачи. Из всей совокупности обратных задач СТА наибольшее внимание до настоящего времени уделялось внешним задачам детерминированно-статистического синтеза АР. Цель таких задач - нахождение регулярного амплитудно-фазового распределения (АФР) источников в решетке или регулярного размещения их, которые, будучи подверженными флуктуациям с заданными вероятностными свойствами, обеспечат оптимальность параметров по тем или иным критериям. Чаще всего синтез проводится исходя из определенных требований к интегральным параметрам. В основе его лежит использование энергетического функционала as = J\fiu)\g2{u)dn (9.75) Здесь /(и)Р - средняя ДН решетки по мощности; и - единичный орт на точку наблюдения; pi,2 - весовые функции. В зависимости от их вида функционал as представляет собой тот или иной энергетический показатель качества антенны - средний КНД, коэффициент рассеяния средней мощности, среднюю шумовую температуру антенн и т.п. При отсутствии ошибок as определяет показатели качества антенны, используемые в теории детерминированного синтеза. Использование в (9.75) средней ДН и соответственно переход от as к ж означает учет естественным образом флуктуации в антеннах при оптимизации их интегральных параметров. Методика решения задачи для случая, когда искомым в задаче оптимизации является регулярное АФР, приведена в 9.21 Выражение для гё записывают в виде отношения двух эрмитовых форм относительно искомого вектора-столбца АФР. Затем методами линейной алгебры определяют наибольшее собственное значение регулярного пучка матриц, описывающих числитель и знаменатель соотношения (9.75) и соответствующий ему собственный вектор, которые и определяют максимальное значение ае и оптимальное АФР. В ряде случаев (например, при малых или независимых в разных элементах решетки флуктуациях) удается получить решение в явном виде. В общем виде необходимо использовать численные методы. Степень успеха при этом определяется эффективностью приемов обращения матриц большой размерности. Если в задаче оптимизации искомым является амплитудное распределение, то методика в основном сохраняется такой же, как и при синтезе АФР. Более сложными оказываются задачи фазовой оптимизации, представляющие особый интерес (так как регулировка фазы более проста и экономична, чем регулировка амплитуды) и 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 |