Апертурный метод расчета поля антенны.

В апертурных антеннах разделены процессы преобразования энергии токов высокой частоты в энергию электромагнитных волн и процессы направленного излучения этих волн.

Первую функцию выполняют возбудители, входящие в состав рупора либо облучателей, а вторую ‑ рупор, линза, рефлектор, распределительная система. В результате истинные (сторонние) источники возбуждают направляемые волны в волноводах, а формирование поля излучения осуществляют так называемые эквивалентные токи в апертуре.

Апертурная антенна представляет собой металлическое тело с внешней поверхностью и внутренней поверхностью . Первичным источником электромагнитной энергии является возбудитель . Под действием поля первичного источника на поверхностях и наводятся поверхностные токи. Полное поле излучения антенны есть сумма полей излучения возбудителя и всех поверхностных токов.

Для того, чтобы определить поле излучения поверхностных токов, можно, рассматривая каждый элемент поверхности как излучатель Герца, выполнить интегрирование по поверхностям и . Такой метод расчета, называемый методом поверхностных токов, является достаточно точным, но отличается математической сложностью и применяется сравнительно редко. Более широкое распространение в инженерной практике получил менее точный, но зато гораздо более простой апертурный метод, или метод полей в раскрыве.

Он состоит в следующем. Представим поверхность раскрыва (апертуру) , отделяющую внутренний объем от внешнего пространства . Под действием первичного источника во внутреннем объеме, в том числе и на поверхности раскрыва, установится некоторое распределение электрического и магнитного полей. В соответствии с принципом эквивалентности касательная составляющая электрического вектора в раскрыве эквивалентна магнитному току, текущему по поверхности раскрыва, а касательная составляющая магнитного вектора – электрическому току.

Поверхности образуют замкнутую поверхность . Вследствие этого можно считать, что поле во внешнем пространстве создается за счет токов, обтекающих эту замкнутую поверхность. При этом обычно токами на поверхности пренебрегают, полагая их ничтожно малыми. Это предположение справедливо особенно для больших размеров раскрыва.

Таким образом, можно в первом приближении считать, что единственным источником излучения во внешнее пространство являются электрические и магнитные токи на раскрыве антенны. Выбор поверхности раскрыва произвольный, но для упрощения расчетов его обычно полагают плоским. Поле в раскрыве определяется с помощью метода геометрической оптики.

Компоненты множителя направленности отверстия, полученные с помощью апертурного метода, будут определяться выражениями:

, (7.1а)

, (7.1б)

. (7.1в)

В предположении синфазности компонент и и постоянства амплитуды в точках раскрыва имеем:

, (7.2а)

, (7.2б)

где , , .

Поляризация излучаемых волн, определяемая соотношением амплитуд и фаз и , зависит от амплитуд и фаз и , а также от азимутального направления .

Аналогичные соотношения могут быть получены и для случая, когда апертура является круглой:

, (7.3)

. (7.3)

В данных соотношениях функции имеют сходство с функциями для прямоугольной апертуры ( ‑ функция Бесселя первого порядка). Кроме того, анализ соотношений (7.2) и (7.3) показывает, что они представляют собой распространение выражения множителя направленности линейной антенны на случай двумерной решетки.

Ширина ДН прямоугольной апертуры в каждой из главных плоскостей определяется так же, как и для линейной антенны

град. (7.4)

Здесь под понимается соответствующий линейный размер ( для и для ).

Для круглой апертуры ширина диаграммы направленности определяется выражением

[град] . (7.5)