|
| |
|
Слаботочка Книги 9.5.3 Обратные задачи СТА задачи определения оптимального размещения излучателей [9.21]. Помимо задач статистической оптимизации интегральных параметров антенн рассматривались также задачи статистического синтеза по заданной ДН. В качестве оптимизирующего функционала выбиралась величина (52 = J \f{u)-Mu)\g{u)dn, (9.76) характеризующая степень обусловленности флуктуациями источников разброса синтезированных ДН /(и) относительно заданной /3(11,). Входящая в (9.76) весовая функция позволяет регулировать точность аппроксимации заданной ДН в определенных угловых секторах. Величина 6 представляет собой обобщение используемого в теории детерминированного синтеза среднеква-дратического отклонения 2 (выражение (9.76) без знака усреднения). Задача синтеза состоит в нахождении регулярного распределения источ НИКОВ, минимизирующего величину 6 при наличии заданных флуктуации В этом распределении. Для случая когда искомым является АФР, функционал 2 представляет собой сумму эрмитовой и линейной форм относительно оптимизируемого АФР. Решение задачи сводится к обращению положительно определенной матрицы с последующим умножением на вектор линейной формы. Решение получается в явном виде для любых АР и произвольных случайных ошибок [9.21]. Изложенные выше методы решения задач статистического синтеза антенны по интегральным параметрам и заданной ДН сходны с методами решения аналогичных задач в теории детерминированного синтеза. Однако результаты их решения в ряде случаев, например при малых расстояниях между излучателями (меньше Л/2), могут существенно различаться [9.21]. Это особенно ощутимо для АР с продольным излучением. Статистический подход к задаче синтеза позволяет получить выигрыш (порою весьма значительный) в значениях оптимизируемых параметров антенн, а также оценить практически достижимые значения показателей качества антенны. Принципиальной, весьма ценной чертой статистического анализа является то, что учет флуктуации источников на этапе постановки задачи синтеза приводит к естественной регуляризации этой задачи, существенно подавляет эффекты сверхнаправленности. В завершение следует отметить, что круг задач статистического синтеза весьма широк. Многие из этих задач не имеют аналога в теории детерминированного синтеза. К числу таковых можно, например, отнести задачи, в которых в качестве исходных (или в качестве дополнительных ограничений) используются определенные требования по флуктуацион-ным или корреляционным характеристикам антенн. Подобный обзор основных результатов, полученных к настоящему времени в области теории обратных задач СТА, содержится в [9.21. 9.5.4. Возможности ослабления влияния флуктуации в антеннах на их характеристики Предсказываемые СТА эффекты, основные закономерности их изменения подтверждены (по крайней мере качественно) экспериментально путем изучения характеристик приемной антенны в поле ДТР [9.1]. Эти неприятные эффекты неизбежно проявляются и при разработке различных типов крупных антенн и их эксплуатации. Они являются весьма серьезным препятствием на пути улучшения характеристик современных радиотехнических (акустических, оптических и т.д.) устройств, успешного решения проблем их ЭМС, помехозащищенности. Поэтому оценка возможностей уменьшения влияния случайностей на параметры антенн - сейчас один из обязательных, важных этапов проектирования крупных антенн, а также злободневный вопрос при их эксплуатации. За последние двадцать-тридцать лет вопросам уменьшения случайностей в антенне, ослабления их влияния на параметры антенн уделялось большое внимание. В начале основные усилия были направлены на уменьшение случайностей путем совершенствования технологии изготовления зеркал, разработки более жестких конструкций, уменьшения массы, использование материалов с малыми коэффициентами температурного расширения, повышение стабильности и надежности элементов, входящих в состав антенны. Со временем, однако, стало ясно, что реализация всех этих мер оказывается в ряде случаев недостаточной (особенно в свете резкого повышения требований к характеристикам современных антенн), либо нецелесообразной (из-за резкого удорожания антенны). Это обстоятельство стимулировало наряду с упомянутыми выше мерами внедрение различных способов компенсации случайностей (или их влияния), включая переход к новым принципам построения антенн. В качестве одного из примеров укажем идею перехода от сплошного зеркала с относительно невысокой точностью изготовления к зеркалу, состоящему из большого числа небольших, точно изготовленных металлических листов. Положение этих листов друг относительно друга регулируется вручную или автоматически в процессе сборки и эксплуатации антенн. Эта идея, стимулированная наличием предельного КНД (см. 9.2.2), была высказана СЭ. Хайкиным и Н.Л. Кайдановским и реализована впервые в Пулковском радиотелескопе и во многих других (стационарных и полноповоротных). Другой пример - самофокусирующиеся антенны, которые адаптируются к форме искаженного влиянием среды фронта падающей волны, обеспечивая на выходе максимум принимаемого сигнала. В последнее время активно внедряются и самофокусирующиеся системы другого типа - адаптивные к собственному состоянию, т.е. системы, реагирующие на флуктуации, возникающие в самой антенне. Схемы подобного типа весьма многочисленны и определяются конкретным механизмом флуктуации, на который они реагируют, и требованиям к антенным характеристикам. Некоторые примеры таких систем указаны в 9.23]. При решении вопроса о целесообразности применения подобных схем и выборе метода их реализации определяющими являются результаты статистической теории антенн. Приведенный в данной главе справочника материал показывает, что к настоящему времени в области СТА сделано немало. Опубликовано большое число интересных теоретических и экспериментальных работ [9.1, 9.4, 9.6, 9.21], посвященных изучению самих флуктуации источников в антеннах, анализа и синтеза антенн со случайными источниками, методов ослабления этого влияния. Важные результаты получены и по ряду других актуальных направлений современной СТА: статистической теории неэкви- дистантных решеток [9.23], статистических аспектов теории антенных измерений [9.24], статистике поля АР при дискретных законах распределения ошибок возбуждения ее элементов 9.25], сверхнаправленности в СТА [9.2 и т.д. Все это создает уже сегодня достаточную базу для успешного решения специалистами совокупности вопросов, связанных с ослаблением влияния случайностей различной природы на характеристики разрабатываемых и эксплуатируемых крупных дорогостоящих антенн. Литература 9.1. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн / Пер. с англ. - М.: Сов. радио, 1970. 9.2. Шифрин Я.С, Должиков В.В., Рад-ченко В.Ю. Сверхнаправленность в статистической теории антенн. Харьков. 1987. 140 с. Деп. в УкрНИИРТИ. 05.01.88. >f 86. 9.3. Шифрин Я.С, Корниенко Л.Г. О предельном уровне боковых лепестков антенных решеток со случайными фазовыми ошибками/ / Радиотехника. Харьков. 1974. Вып. 30. С. 75-84. 9.4. Шифрин Я.С. Современное состояние статистической теории антенн / / Радиотехника и электроника. 1990. Т. 30. Л 7. С. 1345-1365. 9.5. Чернов Л.А. Распространение волн в среде со случайными неоднородностями / / Изв. АН СССР. 1958. 9.6. Шифрин Я.С. Статистическая теория антенн (Современное состояние, основные направления развития). Харьков. 1985. 181 с. Деп. в УкрНИИРТИ. 09.09.85. № 2098. 9.7. Шифрин Я.С, Харченко В.Н. К вопросу об ограничениях, налагаемых неоднородностями атмосферы на КНД больших антенн Радиотехника. Харьков. 1985. Вып. 74. С. 3-11. 9.8. Greens С.А., МоПег R.T. The effect of normally distributed random rhase errors on synthetic array gain patterns IRE Trans. 1962. Vol. MIL-6. № 2. P. 130. 9.9. Hoyt R.S. Probability functions for the modules and angle of the normal complex variable Bell Sestem Tech. J. 1947. Vol. 26. P. 318. 9.10. Пугачев B.C. Теория случг1Йных функций и ее применение к задачгм автоматического управления. М.: Физмат, 1960. 9.11. Gilbert E.N., Morgan S.P. Optimum design of directive antenna eirrays subject to random variables Bell Sestem Tech. J. 1955. Vol. 34. P. 637. 9.12. Айзенберг Г.З. Антенны ультргжо-ротких волн. М. 1957. 9.13. Янке е., Эьву Ф. Таблицы с формулами и кривыми - М.: Гостезиздат, 1948. 9.14. Шифрин Я.С, Бородаеко Ю.М. О статистике поля линейной гштенны в зоне Френеля Радиотехника и электроника. 1988. Т. 33. № 9. С. 1870-1878. 9.15. Сканирующие антенные системы СВЧ / Под ред. P.M. Хансена. М.: Сов. радио, 1986. 9.16. Шифрин Я.С, Бородаеко Ю.М., Назаренко В.А. Интегргихьные энергетические характеристики поля линейной антенны в зоне Френеля Радиотехника. Харьков. 1988. Вып. 85. С. 3-10. 9.17. Shifrin Y.S. Effect of the current fluctuations on the side lobe radiation in antennas Proc. of 10-th Internatianal Symposium on EMC. Wroclav. 1990. Vol. 1. PP. 74-78. 9.18. Ruze J. The effect of aperture errors on the antenna radiation pattern Suppl. a Nuovo Cimento. 1952. Vol. 9. № 3. P. 364. 9.19. Robieux J. Influence de la precision de fabrication dude antenna svu- ses perfomauices 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 |