1.4. Влияние амплитудных распределений на характеристику направленности антенны
АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ - в теории антенн вводится комплексный коэффициент возбуждения элементов антенны равный отношению нормальной составляющей колебательной скорости поверхности произвольного элемента антенны к нормальной составляющей колебательной скорости поверхности элемента антенны, принятого за опорный. Обычно за опорный элемент принимают лежащий в фазовом центре антенны. Модуль комплексного коэффициента возбуждения называется коэффициентом амплитудного распределения, а аргумент – коэффициентом фазового распределения. Амплитудное распределение вводится изменением напряжений возбуждения на элементах антенны, либо изменением чувствительности (или производительности) элементов антенны в режиме излучения, а в режиме приема возможно изменение коэффициентов усиления предварительных усилителей. Фазовое распределение вводится посредством введения задержек сигналов в каналах антенной системы, либо введением фазовых сдвигов в каналах, что приводит к изменению разности хода лучей в антенне. С помощью амплитудного распределения возможно управление параметрами характеристики направленности – уровнем бокового излучения, шириной характеристики направленности. Линейное фазовое распределение приводит к изменению положения акустического луча, формируемого антенной, в пространстве, а фазовое распределение другого типа может изменять форму характеристики направленности и ее положение, в том числе можно создавать фокусирующие системы на основе введения фазовых распределений.
ХАРАКТЕРИСТИКА НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕННЫ В ВИДЕ ОТРЕЗКА ПРЯМОЙ. Характеристика направленности антенны в виде отрезка прямой определится формулой
-
определяет амплитудное распределение
по отрезку.
Определим
приближенное выражение для вычисления
ширины характеристики направленности
антенны в виде отрезка прямой большего
по сравнению с длиной волны размера при
произвольном амплитудном распределении
.
Для этого совместим начало координат
с центром тяжести антенны и представляя
ее некоторой материальной линией имеющей
распределение плотности соответствующее
распределению
.
При этом должно выполняться условие
.
Разложим
в выражении для
в ряд Тейлора вблизи точки
и ограничимся тремя первыми членами
разложения
,
где
.
Воспользуемся также разложением в
степенной ряд экспоненциальной функцией
. В результате получим выражение для
,
состоящее из трех членов, один из которых
обращается в нуль, вследствие выбора
начала координат в центре тяжести
прямой. Окончательно имеем
.
Будем
считать приближенно, что полная ширина
характеристики направленности
равна разности
и
соответствующему значению ХН на уровне
0,707 и лежащему слева от
.
Тогда
,
при этом
и второе слагаемое выражения равны
0,223. Откуда
.
Рассмотрим частные случаи.
Пусть
второе слагаемое в последнем выражении
намного больше первого, тогда
и при малых
второе слагаемое не меньше чем на порядок
отличается от первого при выполнении
условия
При выполнении этого условия
Если
же антенна компенсирована в продольном
направлении
,
то
.
Для
случая равномерного распределения
можно получить следующие выражения
.
Рассматривая полученные выражения можно сделать следующие выводы:
зависимость ширины характеристики направленности от волнового размера различна для разных углов компенсации.
при выполнении условия (10.5) с увеличением наклона главного максимума характеристики направленности ширина ее возрастает пропорционально
.