Максимизация КНД антенны.

Обратим внимание на то, что при заданном угле облучения края зеркала значения и изменяются в зависимости от выбора ДН облучателя . При этом, если сужать эту ДН, то растет (см. (4.20)), а падает, ибо при этом увеличивается неравномерность распределения поля в апертуре. Следовательно, произведение при определенной ширине диаграммы должно иметь максимум. При этом максимизируется и КНД (площадь апертуры и длина волны фиксированы). Выражая апертурный КИП через ДН облучателя, получим

. (4.22)

Составим произведение (4.20) и (4.22). Тогда

. (4.23)

Если в качестве облучателя использовать рупор с приближенно осесимметричной ДН типа (4.15), то выражение (4.23) можно свести к следующему:

. (4.24)

Считая, что угол и отношение известны, видим, что является функцией параметра , входящего в последний множитель в (4.24). Можно показать, что этот множитель при x = 1,165 имеет максимальное значение, равное 0,525. Отсюда вытекает следующая рекомендация: для того чтобы зеркальная антенна с рупорным облучателем имела максимально возможный КНД, произведение следует выбирать равным

. (4.25)

Таким образом, каждому углу соответствует определенное оптимальное значение . Расчетная процедура, позволяющая найти оптимальный рупорный облучатель, иллюстрируется следующим примером.

Задача. Угол облучения края зеркала = 70º = 1,22 рад. Определить размеры рупора и , для которых КНД антенны максимален (максимально произведение ) при = 30 мм.

Решение. 1. Из (4.25) находим = 3,82. 2. Зная и , находим =
= 18,24 мм. 3. Размер ищем, исходя из условия осевой симметрии ДН. Сначала находим уровень облучения края зеркала, используя (4.15) при : = 0,366. Далее, используя (4.16), получим , где . Зная правую часть этого равенства, по графику на рис. 4.9 находим . Наконец, из выражения находим = 24,4 мм. Таким образом, = 1,34. 4. Значение находим по (4.24), учитывая, что последний множитель равен 0,525: = 0,553.

Как видно, произведение получилось заметно меньше единицы. Поэтому в стремлении повысить КНД зеркальных антенн разрабатывались облучатели, обладающие параметром , близким к единице. Чтобы этого добиться, нужно сформировать такую ДН облучателя, при которой распределение поля в апертуре было бы однородным (тогда = 1) и отсутствовало бы переливание мощности за край зеркала (тогда = 1). Этим требованиям удовлетворяет гипотетический облучатель с диаграммой вида

(4.26)

Точная реализация ДН (4.26) невозможна, однако существуют облучатели с ДН, близкими к (4.26).