КНД и КУ зеркальных антенн

Коэффициент направленного действия (КНД) зеркальной антенны можно рассчитать по следующей формуле:

а) ,

где – геометрическая площадь, – коэффициент использования поверхности, который определяется амплитудой поля в раскрыве зеркала.

(1)

В случае параболических зеркал имеем:

; ; (2)

Подставив (1) в (2) получим:

(3)

Для приближенного расчета пренебрегают зависимостью распределения поля от и считают, что амплитуда поля в раскрыве является функцией только координаты , тогда выражение (3) упрощается и принимает вид:

Для облучателя в виде диполя с дисковым рефлектором имеет вид, представленный на рис. 84.

Рис. 84. Завистимость коэффициента использования поверхности раскрыва
от угла раскрыва зеркала.

Равенство при – это объясняется тем, что поле очень малых зеркал приблизительно равномерное. С увеличением глубины зеркал быстро уменьшается.

КНД по формуле а) не учитывает потерь энергии на рассеяние, – энергии, проходящей от облучателя мимо зеркала.

Для более полной характеристики следует использовать такой параметр, как КУ антенны

где – КПД антенны.

Тепловыми потерями электромагнитной энергии на поверхности зеркала можно пренебречь (они очень малы).

Тогда под следует понимать

где – энергия попадающая на зеркало, – мощность излученная облучателем.

Для определения этого отношения окружим облучатель сферой радиусом элемент поверхности сферы равен

Рис. 85. К определению КПД зеркальной антенны.

Полная мощность облучателя определяется выражением

где – амплитуда напряженности поля в направлении максимального излучения облучателя; нормированная ДН облучателя.

Мощность излучения, попадающего на зеркало.

б)

Из выражения (б) видно, что полностью определяется ДН облучателя и величиной . Очевидно, чем больше , то есть чем глубже зеркало, тем большая часть излученной энергии попадает на зеркало и, следовательно, тем больше . Таким образом, характер применения противоположен характеру изменения . Здесь также следует искать компромисс при проектировании.

Облучатель зеркал.

Приближенный расчет параболической антенны.

Проработать самостоятельно

Смещение облучателя из фокуса в направлении,

Перпендикулярном оси параболоида.

Управление ДН.

Если фазовый центр облучателя совпадает с F зеркала, то фронт волны, отраженной от зеркала, будет плоским и совпадать с раскрывом зеркала. Направление максимума ДН совпадает с осью зеркала. Смещение облучателя в направлении перпендикулярном оптической оси зеркала вызывает отклонение направления главного максимума в сторону, противоположную смещению облучателя.

Рис. 86. Отклонение ДН, вызванное смещением облучателя в направлении,
перпендикулярном оси параболоида.

В т. А фронт волны придет раньше, чем в т. В. В результате в т. А поле будет опережать по фазе поле в т. В и фронт волны отклонится на некоторый угол .

Направление максимума излучения всегда перпендикулярно фронту волны и следовательно вся ДН отклонится на тот же угол в сторону, противоположную смещению облучателя.

Выведем приближенные соотношения для определения угла отклонения направления максимальной ДН от оси антенны в зависимости от .

За время t луч пройдет расстояние .

Обычно , тогда можно положить или в градусах:

Вынос облучателя приводит не только к изменению ДН, но и ее искажению вследствие нарушения линейного закона изменения фазы поля в раскрыве.

Это приводит к увеличению и увеличению УБЛ, что ведет к уменьшению КУ. Чем меньше зеркало, тем меньше будут искажения при том же угловом смещении облучателя, то есть тем на больший угол можно отклонить ДН, сохраняя в основном ее форму.

Допустимый вынос из фокуса можно определить из следующего неравенства:

,

отсюда .

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

;

Рассмотренный способ смещения ДН применяется на практике, в частности в радиорелейных станциях с автоматическим сопровождением цели. Для них обычно выполняется неравенство:

Рис. *. Линии равных фаз отраженной Рис. **. Создание равносигнальной

от зеркала поля для различных смещений зоны вдоль оси антенны.

облучателя.