Направленные свойства параболической антенны зависят не только от ее относительных (относительно длины волны) размеров, но и от того, как распределены амплитуды полей в раскрыве. Наиболее высокие направленные свойства реализуются в том случае, когда амплитуда поля по раскрыву постоянна. Однако получить равномерное распределение амплитуды поля по раскрыву нереально. При возбуждении зеркала облучателем наведенные токи текут по вогнутой поверхности. Проекции линий тока на поверхность раскрыва (рис.3) представляют собой семейство кривых. Аналогичную картину в плоскости раскрыва образуют линии напряженности электрического поля. Как видно из рис.3, вектор напряженности электрического поля Е имеет две составляюшие – Ex и Ey, причем составляющие Ex на краях зеркала имеют максимальную амплитуду и диаметрально противоположны по знаку. Поэтому составляющая Ex вдоль фокальной оси не принимает участия в излучении, из–за чего излучающая способность периферии зеркала меньше, чем центральной области.
Рис. 3 Картина поля в раскрыве параболы
Уменьшение амплитуды поля от центра к краям раскрыва эквивалентно уменьшению его размера. Поэтому по сравнению с равноамплитудным распределением ширина главного лепестка ДН увеличивается. Уменьшить неравномерность поля в раскрыве можно за счет увеличения фокусного расстояния зеркала. Однако при этом уменьшается доля энергии облучателя, падающей на зеркало, так как увеличивается « переливание» энергии через край зеркала.
Распределение амплитуды поля по раскрыву зеркала зависит также от направленных свойств облучателя. Чем шире его диаграмма направленности, тем более равномерно поле в раскрыве. При этом неизбежно уменьшается доля энергии, падающая на зеркало. Соответственно, из – за дифракционных эффектов на краю зеркала увеличивается уровень боковых лепестков ДН направленности антенны.
Все вышеизложенное показывает, что при заданном диаметре зеркала для получения максимально узкого главного лепестка ДН нужно применять антенны с большим фокусным расстоянием и ненаправленным облучателем. А для получения максимального КНД необходимо обеспечить определенное соотношение между фокусным расстоянием зеркала и ДН облучателя.
Таким образом, условие максимально узкого главного лепестка ДН антенны и максимального коэффициента направленного действия (КНД) различаются. Поэтому на практике применяются как длиннофокусные антенны (условие максимально узкого лепестка ДН), так и короткофокусные антенны (условие максимального КНД). Длиннофокусные антенны применяют тогда, когда необходима высокая разрешающая способность антенны (в радиоастрономии, радиолокации, в системах наведения), а короткофокусные антенны чаще всего применяют при работе с сигналами малого уровня мощности (космическая радиосвязь и др.)
В качестве облучателя зеркальных антенн обычно применяют слабонаправленные антенны (антенны относительно малых размеров): рупоры, спирали, щелевые излучатели, вибраторы с рефлектором. Диаграмма направленности таких облучателей хорошо аппроксимируется функцией
F(φ)=cosφ. (1)
При этом, если ДН облучателя обеспечивает уменьшение амплитуды напряженности поля на краю зеркала относительно амплитуды поля у его вершины на 10 дБ (0.316 раз), то КНД антенны принимает максимальное значение.
Расчет диаграммы направленности параболической антенны производится на основе закона распределения плотности тока проводимости на поверхности зеркала, либо на основе закона распределения амплитуды поля по раскрыву. Последний метод значительно упрощает процедуру расчетов, но результаты расчета получаются с известными приближениями. Формулы для расчета диаграммы направленности имеют достаточно громоздкий вид. В первом приближении, полагая, что поле в раскрыве синфазно и равноамплитудно, диаграмму направленности антенны можно вычислять по формуле
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.