Коэффициенты усиления и направленного действия параболической антенны - Параболическая антенна

Как было показано выше, коэффициент усиления G антенны связан с ее коэффициентами направленного действия D и полезного действия простым соотношением

G= D. (7)

Коэффициент полезного действия зеркальной антенны учитывает тепловые потери энергии в облучателе, элементах крепления облучателя, краске, покрывающей внутреннюю поверхность зеркала, и т. д. обычно принимают = 1. Поэтому рассмотрим подробно определение КНД.

Коэффициент направленного действия зеркальной антенны можно рассчитать по формуле (7), заменив в ней апертурный КИП(V) множителем VРез (результирующий, или полный, КИП), учитывающим уменьшение КНД из-за действия ряда факторов: переливания части излученной облучателем энергии через' края зеркала, вызывающего увеличение УБЛ ДН зеркальной антенны в задних квадрантах (дальние боковые лепестки); ошибки в фазовом распределении на раскрыве, затенения части поверхности раскрыва облучателем и элементами его крепления; кроссполяризации излучаемого поля и др. Таким образом

D= (7)

Гдe S = - площадь раскрыва; VРез = Aj 2З45... Здесь VA - апертурный КИП раскрыва зеркала; V1 - множитель, определяемый переливанием части энергии через края зеркала; V2 - множитель, определяемый затенением; VЗ - множитель, определяемый фазовыми ошибками; V 4 - множитель, учитывающий явление кроссполяризации; VS множитель, учитывающий дифракцию поля на кромке зеркала.

Множитель V1 называемый коэффициентом перехвата, есть отношение мощности, излученной облучателем и перехватываемой зеркалом, к полной мощности, излученной 06лучателем, при этом потери в зеркале не учитываются. Следовательно, при осесимметричной ДН облучателя.

(8)

Множитель V2 может быть записан в виде [2].

(9)

Где DЗат - КНД антенны с учетом затенения; D0 - КПД без затенения; SЗат - затененная часть pacкpыва зеркала.

Если при заданной форме зеркала (R0/f = const) расширять ДН облучателя (кривая 1 на рис.1.13), то амплитудное распределение в раскрыв е зеркала становится более равномерным (Уа растет). Однако вместе с тем увеличивается доля энергии, проходящей мимо зеркала (уменьшается 1)' При сужении ДН облучателя наоборот: уменьшается А и увеличивается. Два противоположно действующих на результирующие КИП и КНД фактора при постоянной величине R0/f или угла pacкpывa зеркала 0 и изменяемой ширине ДН облучателя определяют условие оптимального КНД. Условие оптимального облучения примерно обеспечивается при

Кр = ЕКр/Е0 = 0,316 (-10 дБ),

Где ЕКр- напряженность на краю зеркала. При этом А1 = 0,7...0,8.

С точки зрения получения максимального КНД при заданных размерах зеркала идеальной является ДН облучателя, изображенная на рис. 1.13 (кривая 2). Она должна быть осесимметричной и имеет два максимума в направлениях на края зеркала. Амплитудное распределение раскрыва зеркала в данном случае получается близким к равномерному (с учетом разных расстояний от фокуса зеркала до его вершины и краев), т. е. А = 1; переливание энергии за края зеркала отсутствует (ДН имеет бесконечную крутизну ската), таким образом = 1.

Для обеспечения высокого VРез ДН облучателя должна иметь форму, по возможности приближающуюся к идеальной (например, кривая 3 на рис. 1.13). Близкие к ней ДН можно получить с помощью расфазированных рупоров и их модификаций. Кроме того, надо исключить Или уменьшить влияние других факторов, снижающих результирующий КИП антенны (устранить затенение раскрыва облучателем, снизить кроссполяризацию и т. д.).

Рисунок 1.13

Реализация высоких значений VРез, а следовательно, КНД антенн не является единственно важной задачей в практическом приложении. В антенных системах ряда радиослужбы предъявляются высокие требования к УБЛ. Например, в системах спутниковой связи, использующих геостационарную орбиту, от уровня первых боковых лепестков, примыкающих к главному, во многом зависят помехозащищенность и электромагнитная совместимость, поэтому он должен быть ниже главного минимум' на 25...30 дБ. Возможность снижения УБЛ связана обеспечением определенного амплитудного распределения поля (или токов) по элементам антенны.

Похожие статьи




Коэффициенты усиления и направленного действия параболической антенны - Параболическая антенна

Предыдущая | Следующая