Свойства множителя направленности ИПЛИ

 

 

Множитель направлености ИПЛИ имеет:

1. Один главный лепесток еденичной величины при ξ = 0;

2. Ширина главного лепестка по уровню 0,707 Δψ _0,707 = 2,78;

3. Ширина главного лепестка по нулевому уровню Δψ₀ = 2π;

4. Ряд боковых лепестков расположен симметрично по обе стороны от главного лепестка;

5. Ширина боковых лепестков по нулевому уровню Δψ_n = 2π;

6. Функция F_Σ (ψ_n) = 0 при ψ_по = πn;

7. Максимум боковых лепестков расположен примерно по середине между нулями

 

8. Максимумы боковых лепестков равны

 

9. Уровень самого большого первого бокового лепестка

 

10. Рабочий участок определяется интервалом:

 

11. Полная протяженность рабочего участка Δψ = ψ_max - ψ_min = βL = 2πL/λ;

Чем больше относительная длина ИПЛИ, тем больше лепестков попадает внутрь рабочего участка.

12. Положение середины рабочего участка определяется коэффициентом замедления

 

13. Рабочий участок функции принято называть областью реальных углов наблюдения или областью видимости.

14. Значение ψ вне рабочего участка должны соответствовать значениям |cos θ|>1, которые можно интерпритировать, как косинусы мнимых углов.

Угловое положение главного максимума излучателя определяется условия:
Из него следует: x<1

При синфазном возбуждения углов положения главного максимума перпендикулярно оси антенн и имеет место режим поперечного излучения. Если <0 <1 то главный лепесток множителя направленности отклонен от нормали к оси антенны в сторону движения волны возбуждения. Получаем режим наклонного излучения.

Справка

Изменение положения главного лепестка в пространстве называется сканированием. При изменении -1<x<1 главный лепесток сканирование в пределах от 180 до 0.

Режим осевого излучения- при >1 главный лепесток начинает уходить за границу области виденья. При =1 главный максимум оказывается ориентирование точно в направлении оси антенны. Режим осевого излучения.

Справка

При значениях приблизительно равна единице вначале сохранен режим осевого излучения с замедлением фаз скоростью это остается до тех пор, пока остающиеся в области видимую часть главного лепестка превышает по уровню один боковой лепесток. При дальнейшем увеличении в области реальных углов остается только боковые лепестки. В пространстве нет ни одного направления в котором изучении всех элементов было бы синфазно.

Парциальные волны излучение отдельными элементами антенн в значении степени компенсирует друг друга и антенны оказывается плохо излучающей.

Ширина луча ИПЛИ

Поскольку угол наблюдения q связан с обобщенной угловой переменной нелинейной зависимостью.

y=

То ширина луча по половине мощности оказываются не постоянными в процессе сканирования и резко меняется при переходе к режиме осевого излучения.Dy=2,78

При переходе угловой переменной приходится учитывать крутизну функции

Dq=

Где направление главного максимума

Таким образом ширина лепестка получается тем уже, чем больше длина антенны и чем ближе направление излучения к поперечному положения.

В режиме поперечного излучения ширина луча составляет

D =51

Ширина лепестка по 0:

-для главного D

-за боковые лепестков D

Справка

1. Все приведены оценки ширины лепестков основном на спрямлении y(q) в окружении оценивается лепестка и по этому выполненном с лучшей точностью для больших значениях при направлении излучения не слишком близких к оси антенны. -длинна антенны.

2. Для L>5l данные оценки имеют погрешность меньше 0.2% при поперечном излучении.

3. При наложении излучателей ошибка может возрасти до 4%, когда луча подходит к оси антенны на угол равный его удвоенной ширины.

Ширина Луча ИПЛИ При Осевом Излучении

При | ξ | = 1 Δθ0.5 = 108.8˚

 

Хансен – Вудват вывел условие максимума КНД ИПЛИ в основном излучении:

| ξ |опт = 1 + Lопт =

При этом ширину луча: Δθ0.5 = 60.6˚

Минимум при предельном излучении, но при этом уровень боковых лепестков относительно главного: − 9.54 дБ это примерно 33% .

 

КНД ИПЛИ (для случая изотропных элементов ИПЛИ)

1. В режиме поперечного и наклонного излучения при | ξ | < 1 − :

DA = 2 , L ≥ 5λ при этом коефициент рассеивания KA ≤ 10 %

2. В режиме осевого излучения | ξ | = 1 : DA = 4 , L ≥ 5λ , KA ≤ 10 %

3. В режиме осевого излучения при максимуме КНД:

| ξ |опт = 1 + , DA = 7.2 , KA ≈ 43 %

 

 

 

Влияние амплитудного распределения возбуждения на параметры прямолинейной антенны ( ПЛА )

 

ПЛА с равномерным амплитудным распределениям обладают большим уровнем боковых лепестков (от −13.2 дБ). Зачастую недопустимо велик. Уменшить уровень бокового излучения можно, используя неравномерное амплитудное распределение, спадающее к краям антенны. Так, для прямолинейной антенны L, в которой фазу возбуждения считают постоянной, амплитуду возбуждения изменяется вдоль антены по закону

“ косинуса на пьядестале ” :

å(z) = 1 + Δcos2π ; | z | ≤

 

 

 

å(z) = 1 +

 

В результате сумиирования 3-х АФР с постояными амплитудными распределениями, у которых амплитуда 1-го еденица и амплитуды боковых, смещенны относительно первого ψ ( ). Получаем результирующее ХНА с уменшеным уровнем боковых лепестков (УБЛ), который для антенн с АФР “cos на пьедестале” определяется соотношением:

УБЛ = − [13 + 13Δ + 22 ] дБ

При этом уровень боковых лепестков можно уменшить посредством увеличения Δ, однако, при этом происходит расширение главного лепестка:

Δ ,

где - ширина луча ИПЛИ, а множитель в скобках представляет собой коефициент расширения луча (КРЛ).

Так при Δ = 0.4 ширина луча = , а КРЛ = 1.2 (луч стал шире на 20%), а уровень боковых лепестков уменшится на 10 дБ (в 10 раз).

При этом КНД = , где = является КНД ИПЛИ.

СПРАВКИ:

 

1. Формула для КНД верна и при отрицательных Δ, т.е. при амплитудных распределениях с подальшем подьемом к краям антенны.

В этом случае суммиравние ХНА составляющих заменяется разностью;

Увеличение боковых лепестков сопровождается некоторым уменшением ширины главного лепестка.

Увеличение уровня боковых лепестков влечет за собой увеличение коефициента рассеивания, поетому при создании антенны, не используют амплитудное распределение возбуждения с подьемом к краям антенны.

Антенну с равномерным амплитудным распределением возбуждения (ИПЛИ) в режиме поперечного возбуждения имеют найменьшую ширину главного лепестка.

2. Синфазные ПЛА с равномерным амплитудным распределениям имеют найбольшую величину КНД, по сравнению с любими другими амплитудными распределениями.

3. Помимо рассмотренного “cos на пьедестале” в практике антенн часто используют другие распределения, спадающее к краям антенны. (Например: гипербола на пьедестале).

4. Теоретически при отказе от принципа синфазного сложения полей с точкой главного максимума можно получить сколькоугодно высокий КНД линейной антенны.