Исследование рупорных антенн, страница 3

Определим условие, при котором ширина основного лепестка  в плоскостях Е и Н будет одинаковой. Для этого приравняем аргумент косинуса в числителе формулы (5) к величине равной  (первый нуль в диаграмме направленности) :

откуда  

       Таким образом, для того, чтобы  j_{0Е =}j_0Н   необходимо, чтобы размер раскрыва в плоскости Н был в 1,5 раза больше, чем в плоскости Е.

Если размеры раскрыва рупора составляют несколько длин волн, то направленными свойствами элемента Гюйгенса можно пренебречь и учитывать только множитель системы.

Расчет диаграммы направленности следует начинать с определения углов j и D, соответствующих максимальным и минимальным (нулевым) значениям множителей F_c (j) или F_с (D). Затем в пределах основного лепестка и первого бокового лепестка выбирают дополнительно два-три значения углов j или D. По вычисленным и выбранным значениям j и D рассчитываются диаграммы направленности F(j) или F(D). Метод равномерного увеличения углов, например 0⁰, 5⁰, 10⁰ … приводит к большому объему вычислительной работы и не исключает возможность потери информации в экстремальных точках.

Удобнее и проще диаграмму направленности рассчитывать, воспользовавшись ЭВМ. В этом случае шаг углов можно выбрать сколь угодно малым.

При рассмотрении влияния амплитудного распределения поля в раскрыве антенны на ее направленные свойства мы полагали, что поверхность раскрыва рупора возбуждена синфазно. Однако, поле в раскрыве рупора в принципе не синфазно. В рамках лучевой трактовки, это можно объяснить тем, что центральный и периферийные лучи проходят разные пути от горловины до раскрыва рупора (рис.3).

За счет этого фазы поля на краях рупора будут иными, чем в центре. Возникают, так называемые «фазовые искажения» («фазовые ошибки»).

Рисунок 3 – К вопросу о причинах фазовых искажений в раскрыве рупора

Чем больше угол раскрыва рупора, тем больше разность хода между центральным лучом и лучом периферийным, приходящим к краю раскрыва, и тем больше фазовые искажения   Dj = kDr на его краях. Фазовые ис-

кажения в раскрыве рупора приблизительно подчинены квадратичному закону. В секториальных рупорах образуется цилиндрический фронт волны, в пирамдальных рупорах – сферический. Нарушение синфазности излучающей поверхности приводит к искажениям диаграммы направленности антенны. Искажения, вызванные квадратичным фазовым распределением, сводятся к расширению главного лепестка диаграммы направленности, увеличению интенсивности боковых лепестков и к исчезновению нулевых провалов между лепестками. Причем степень искажений диаграммы направленности зависит от амплитудного распределения в раскрыве антенны.

При равномерном амплитудном распределении (плоскость Е) диаграмма направленности исказится больше, чем при косинусоидальном (плоскость Н). Поэтому в рупорной антенне для плоскости Е допускаются меньшие фазовые искажения, чем в плоскости Н.

Рупор называется оптимальным, если фазовые искажения на его краях в плоскости Е: , а в плоскости Н: .

Тогда длина оптимального рупора может быть определена из соотношений:

 - для Е-секториального рупора;                                    (10)

 - для Н-секториального рупора.                                   (11)

      В этом случае коэффициент усиления рупора будет максимальным.