Излучающие системы Решетки, излучатели

Для формирования остронаправленных излучателей необходимо применять антенны, размеры которой намного больше длины волны. Такая антенна представляет собой систему источников (излучателей), между которыми распределяется подводимая к генератору мощность. Поля излучателей интерферируют в пространстве. Результирующая характеристика направленности системы зависит от расположения источников в пространстве, а также от амплитуд и фаз токов этих источников. Различают непрерывные и дискретные системы излучателей. Непрерывной называют такую систему, в которой излучатели размещены непрерывно вдоль некоторой линии, поверхности или в некотором объеме. Одиночные антенны можно рассматривать как непрерывную систему элементарных излучателей. Группа излучателей, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, образуют дискретную систему и такую систему называют антенной решеткой. Элементами антенной решетки могут быть как одиночные излучатели, так и сложные антенны, которые в свою очередь являются антенными решетками, состоящими из более простых элементов.

Антенные решетки в зависимости от расположения элементов подразделяют:

Наиболее часто применяются прямолинейные и плоскостные антенные решетки. Решетки также различают эквидистантные, у которых расстояние между соседними излучателями одинаково. Решетки, у которых это расстояние изменяется по определенному закону или случайным образом являются неэквидистантные. Если амплитуды токов во элементах решетки одинаковы, такую решетку называют равноамплитудной. Линейнофазной называют такую систему, у которой вдоль линии расположены излучатели, фазы тока которых изменяются по линейному закону. Частным случаем линейнофазной системы является синфазная система – фазы токов во всех элементах одинаковы. Дискретные и непрерывные прямолинейные системы, у которых главный лепесток ХНА ориентирован перпендикулярно линии расположения источников, наз. системами поперечного излучения. Если главные лепесток ориентирован вдоль линии расположения источников, то это система продольного (осевого) излучения. Если главный лепесток образует с линией расположения источников угол, не равный 0° или 90°, то система наз. наклонного излучения.

Теорема умножения хна

Антенная решетка из n одиночных излучателей расположена в некоторой части пространства.

Определить поле излучения решетки в т. N. Комплексная амплитуда вектора электрического поля излучения n-го элемента решетки в векторной форме может быть представлена в виде

Где ,- амплитуда и фаза тока вn-ом элементе;

- ХНn-го элемента;

- орт, характеризующий поляризацию поля излучателейn-го элемента;

- сферические координаты т.N в системе координат, центр которой совпадает с n-ым элементом;

С – константа, которая зависит от вида излучения.

Поле излучения антенной решетки есть векторная сумма полей излучения всех ее элементов

Поле излучения в дальней зоне

Дальняя зона – зона, для которой выполняется соотношение

L –max габаритный размер n–ой системы

r – удаление точки наблюдения М от произвольной точко О, вібранной в качестве начала координат;

– удалениеn–го излучателя от начала координат;

- угол между радиус-векторами.

На достаточно большом расстоянии, т.е. в дальней зоне, выражение можно представить рядом Тейлора

Из-за разности хода () возникает разность фазΔψ

Радиус дальней зоны – это расстояние, при котором

Отброшенные члены ряда в правой части дают максимальную ошибку разности фаз не более . Принибригая высшими членами ряда, для дальней зоны должно выполняться условие

Т.к. т.М находиться в дальней зоне и линии, соединяющие эту точку со всеми элементами решетки параллельны и с учетом допустимой ошибки

Наибольший размер решетки намного меньше расстояния до точки наблюдения, поэтому множитель , который определяет амплитуду поля, можно считать практически одним и тем же для всех излучателей.

Введем безразмерное распределение токов по системе излучателей

Если элементы решетки имеют различные поляризации, то поле излучателей каждого элемента можно представить в виде суммы меридиальной и азимутальнойсоставляющих и произвести суммирование по этим составляющим. Модуль суммы в этом выражении есть амплитудная ХН антенной решетки. При большом числе излучателей определение ХН в общем случае требует громостких вычислений. Но на практике применяются решетки, состоящие из идентичных и одинаково ориентированных в пространстве излучателей.Для них

Введем обозначения

- множитель системы (множитель решетки)

Если нас интересует только величина поля излучателей

Амплитудная ХН излучателей определяется в виде

Данная формула является математическим выражением теоремы умножения ХН, которая формулируется:

ХН системы идентичных и одинаково ориентированных в пространстве направленных излучателей, входящих в систему, на множитель системы, представляющие собой ХН такой же системы, но состоящей из ненаправленных излучателей.

Слова «такой же» означают, что у системы ненаправленных излучателей, число излучателей, их расположение в пространстве, а также амплитуды фазы токов излучателей такие же, как и у исходной системы направленных излучателей.