3. Влияние формы амплитудного распределения на параметры линейной антенны

Рассмотрим линейную антенну длиной с постоянной фазой возбуждения, но с изменяющейся амплитудой возбуждения вдоль антенны по закону «косинус на пьедестале» , , где параметр определяет относительное уменьшение возбуждения на краю антенны. Это выражение может быть представлено суммой первых трех членов ряда Фурье

(6.11)

где величина замедления . Интерференционный множитель, соответствующий данному амплитудному распределению (АР) будет равен сумме трех слагаемых

(6.12)

Таким образом, множитель направленности (МН) представляет собой начальный отрезок ряда Котельникова

, (6.13)

где ; . Каждое из слагаемых представляет собой парциальный множитель направленности. Каждому члену амплитудного распределения соответствует своя парциальная диаграмма направленности.

Поэтому данный способ получения множителя направленности называется методом парциальных диаграмм направленности. Интерференционный множитель для данного амплитудного распределения приведен на рис. 6.4.

П ереход к спадающему амплитудному распределению приводит к уменьшению уровня боковых лепестков и расширению главного лепестка. В результате происходит снижение коэффициента направленного действия (КНД) антенны.

Помимо спадающего амплитудного распределения применяют и возрастающее к краям антенны АР (при отрицательных значениях ). Это приводит к существенному увеличению боковых лепестков и незначительному сужению главного лепестка. В результате происходит уменьшение КНД вследствие увеличения доли мощности излучения, приходящейся на боковые лепестки, то есть из-за роста коэффициента рассеяния. Из сказанного следует, что синфазные ЛА с равномерным амплитудным распределением имеют наибольшую величину КНД по сравнению с любыми другими амплитудными распределениями. Варьируя величину , можно снизить уровень наибольшего бокового лепестка до значений , дБ. При этом ширина луча по уровню половинной мощности

(6.14)

где множитель в скобках представляет собой коэффициент расширения луча (КРЛ). Таким образом, чем больше линейный размер антенны в долях длины волны, тем уже главный лепесток МН. Оценка ширины луча МН по уровню половинной мощности (6.14) справедлива для антенн с синфазным возбуждением. При других нелинейных законах распределения фазы она изменяется.

4. Влияние фазовых искажений на множитель направленности линейной антенны

Различные погрешности в выполнении антенн приводят к фазовым искажениям, что ведет к искажению формы МН и снижению КНД. Кроме того, для формирования диаграмм направленности специального вида, а также для электрического управления лучом приходится создавать АФР с заданным законом распределения фаз. При этом важно знать, как влияют фазовые распределения на МН.

Практически любое распределение фазы вдоль антенны может быть представлено в виде степенного ряда

(6.15)

где  — нормированная координата;  — максимальная величина фазового искажения n-ой составляющей на краю антенны . В большинстве случаев при анализе фазовых искажений можно ограничиться первыми тремя членами ряда. Рассмотрим влияние каждого из этих членов.

Линейное изменение фазы: . Для упрощения расчетов будем считать, что амплитудное распределение постоянно . В этом случае МН, согласно выражению (6.6), будет равен

(6.16)

Сравнивая полученное выражение с аналогичным (6.8), выведем для синфазного распределения, замечаем, что МН будет таким же, но отклоненным на угол

(6.17)

в ту сторону антенны, где возникает дополнительное запаздывание. Таким образом, линейное изменение фазы приводит к отклонению МН без изменения его формы.

При спадающем амплитудном распределении абсолютное смещение максимума излучения остается неизменным.

Квадратичное изменение фазы: . Непосредственное интегрирова­ние в (6.6) является сложным и поэтому приходится прибегать к численному исследованию. Результаты расчетов показаны на рис. 6.5–6.7. Как видно из этого рисунка, квадратичные искажения не вызывают смещения максимума МН, однако приводят к расширению главного лепестка и „заплыванию“ максимумов излучения. Наиболее сильно квадратичные искажения проявляются при равномерном распределении.

Кубичные изменения фазы: . Результаты численных расчетов приведены на рис. 6.8–6.10. Кубичные фазовые искажения приводят к сдвигу максимума МН в сторону конца антенны с дополнительным фазовым запаздыванием и искажению формы МН. Искажения формы МН заключается в том, что главный лепесток расширяется и становится несимметричным. Уровень боковых лепестков по одну сторону главного лепестка увеличивается, а по другую уменьшается. Причем возрастание наблюдается с той стороны, в которую смещается главный лепесток.

При спадающем амплитудном распределении влияние квадратичных и кубичных искажений на форму МН существенно уменьшаются, так как снижается вклад в излучаемое поле от крайних участков антенны с наибольшими фазовыми искажениями.