Влияние фазовых искажений на параметры прямолинейной антенны

Различают:

- детерминированные;

- случайные фазовые искажения.

Распределение детерминированных фазовых ошибок является гладким и его представляют в формуле степенного ряда

Где - амплитудное распределение

- фазовое распределение

Распределение фазовой ошибки возбуждателя.

Детерминированные фазовые искажения подразделяються на на:

- линейные;

- квадратичные;

- кубичные.

Линейное фазовое искажение

Общей линейный закон распределения фазы сохраняется, однако коэффициент замедления изменяется.

При равномерном амплитудном распределение множитель направленности примет вид:

Линейная фазовая ошибка Ф₁ на краю антенны по отношению к ее середине приводит к сдвигу ХН вдоль оси на величину –Ф₁, то есть происходит отклонение луча в пространстве на некоторый угол в сторону края антенны, получившего дополнительное запаздывание.

Для длинных антенн, у которых такое же относительное смещение луча произойдет в масштабе углов наблюдения

СПРАВКА:

При спадающем амплитудном распределении абсолютное смещение максимального излучения для фиксированного Ф остается неизменным. Однако относительная угловая ошибка уменьшена из-за расширения луча.

Где, – коэффициент разширения луча.

Уменьшение относительной угловой ошибки положения луча обусловлено уменьшение роли краевых участков антенны, где фазовая ошибка найбольшая.

Квадратичные фазовые искажения

Квадратичные фазовые искажения не вызывают смещения максимальной характеристики направленности, однако приведет к расширению главного лепестка и заплыв минимумов излучения.

Наиболее сильно квадратичные фазовые искажения сказываются при равномерном амплитудном распределении, здесь наблюдается даже раздвоение главного лепестка.

При спадающем амплитудном распределении найболее сильно расфазированные края антенны дают вклад в общее излучаемое поле, и искажение ДН получается меньше.

Изменение формы характеристик направленности при квадратичных фазовых искажениях приводит к снижению КНД и к уменьшению КИП.

Квадратичные фазовые искажения чаще всего встречаются в коротких рупорных антеннах и в параболических зеркальных антеннах при осевом смещении излучателя из фокуса параболоида.

Эти искажения называются погрешностью фокусировки, или просто дефокусировкой.

Кубичные фазовые искажения

Кубичные фазовые искажения вызывают сдвиг максимума направленности в сторону края антенны с дополнительной краевым запаздыванием.

Относительное смещение

Отклонение максимума при равномерном распределении и кубичной фазовой ошибки в 1,7 раза жене чем при линейной ошибки.

Искажения формы ДН заключается в том, что главный лепесток расширяется и становится не симметричным.

Боковые лепестки по одну сторону увеличиваются, по другую уменьшаются, снижается КНД антенны.

При спадающим краям амплитудных распределении влияние кубической фазовой ошибки на форму ДН ослабляется.

Кубичные фазовые ошибки встречаются:

- в параболических зеркальных антеннах при смещении излучателя из фокуса при боковом направлении.

Случайные фазовые искажения

Пусть амплитудное фазовое распределение в отдельно взятых реализованных антеннах имеет вид:

Где Ф(z) – стационарный случайный процесс с нулевым средним значением и дисперсией равной α.

При небольших дисперсиях структурную функцию можно аппроксимировать:

–характерный размер, называемый радиусом корелляции.

Каждая реализация распределения соответствует определенной реализации множителя направленности антенны.

Если произвести усреднение по большому числу, то можно установить зависимость средних параметров антенны от дисперсии фазовых ошибок и фазовой корреляции.

ВЫВОДЫ:

1. для небольших фазовых ошибок средняя характеристика направленности линейной антенны с равномерно амплитудным распределением будет иметь вид:

2. при множитель направленности стремится к неискаженному виду

3. Фазовые ошибки приводят к уменьшению главного максимума и к наложению на неискаженную ДН дополнительного распределенного фона бокового излучения.

4. Распределенный фон вызывает к заплыванию нулей и росту боковых лепестков

5. При добавочный фон почти не имеет направленности, медленно убывает от главного максимума излучателя

6. При постоянном произведении , боковой фон меньше у более длинных антенн.

7. Добавочный фон бокового излучения снижает КНД из-за роста коэффициента рассеивания

8. Наибольшее излучение КНД происходит при радиус корреляции:

9. Снижение КНД антенны не очень критично к радиусу корреляции

10. Если добавочный фон исчезает, искажения КНД пропадает

11. При переходе от малых радиусов к большим изменяется характер искажений средних ДН, наблюдается ефект расширения главного лепестка и снижения уровня боковых лепестков

12. Флуктуация КНД от одной реализации возбуждения к другой оказываются незначительными при любых ρ

13. Наиболее неприятным следствием случайных фазовых искажений является возрастание уровня боковых лепестков

- уровнение бокового лепестка при отсутствии фазированной ошибки

- средний уровень этого же лепестка при фазовых ошибках

14. Небольшая добавка к исходному уровню не гарантирует, что в отдельной реализации антенны уровень отдельного лепестка не выйдет за установленные пределы

15. Модуль излучаемого поля в области бокового излучения распределены по обобщенному релеевскому закону с одномерной плотностью вероятности:

- детерминированная составляющая бокового излучения

- модулированная функция Бесселя о-го порядка

16. Почти с единичной вероятностью уровень боковых лепестков не превышает значение:

17. Дисперсия фазовых ошибок и радиуса корреляции должны определятся анализом конкретных конструкций распределителя антенны. Задаваясь допустимым уровнем боковых лепестков и вероятностью по реализации можно сформулировать требования к точности поддержания фазового распределения возбуждения.

Формулы для средней ДН среднего КНД и для оценки уровня боковых лепестков остаются справедливыми и при наличии небольших случайных ошибок в амплитудном распределении возбуждения.

Анализ множителя направленности