Поляризационная диаграмма.

Поляризация поля, создаваемого параболоидом вращения, определяется поляризацией волны облучателя, геометрическими параметрами зеркала и положением облучателя относительно зеркала. Расчет поляризационной диаграммы весьма сложен, поэтому ограничимся лишь пояснением физической сути особенностей возбуждения параболической антенны, влияющих на ее поляризационную диаграмму.

Рассмотрим картину распределения электрического тока, наведенного на "освещенной" облучателем стороне параболоида. Допустим, что в качестве облучателя используется симметричный электрический вибратор, ориентированный вдоль оси х (рис. 1.22, а). Рассматриваемый облучатель имеет линейно поляризованное излучение, при котором вектор E_обл располагается в плоскости уОz. Так как поверхность зеркала является кривой, то в любой его точке (за исключением вершины) вектор Е будет иметь три составляющих. Распределение вектора напряженности, спроектированное на плоскость хОу (излучающий раскрыв), показано на рис. 1.22, б. Из рисунка видно, что имеют место небольшие горизонтальные (так называемые кроссполяризационные) составляющие поля Е_у, которые меняют свою ориентацию при переходе от одной точки раскрыва к другой. В плоскостях хОz и yOz названные составляющие взаимно компенсируются. Поляризация поля в этих плоскостях будет линейной, вертикальной (К_э=0). В других плоскостях, проходящих через ось z, излучение, созданное горизонтальными составляющими, добавляется к полю вертикальных составляющих. Суммарное поле оказывается

Рис. 1.22

эллиптически поляризованным (0<К_э<1). Наличие горизонтальной кроссполяризации вызывает уменьшение КИП антенны. Уровень кроссполяризационной составляющей тем меньше, чем меньше отношение .

1.5.2.3. Коэффициент направленного действия
и коэффициент эффективности.

Параболоид вращения представляет собой апертурную антенну, величину КНД которой рассчитывают по формуле:

, (1.29)

где – геометрическая площадь раскрыва; – КИП, зависящий от АФР.

Обобщенным показателем качества любой антенны, учитывающим в совокупности ее направленные свойства и эффективность как преобразователя энергии, является коэффициент эффективности, равный, по определению,

, (1.30)

где и – КИП и КПД антенны. Эти величины зависят от угла раскрыва зеркала. Мощность, подводимая к зеркальной антенне, частично расходуется на нагрев элементов конструкции (тепловые потери), рассеяние на краях зеркала, облучателе и его деталях. Кроме того, энергия ЭМВ, создаваемая облучателем, перехватывается и переизлучается зеркалом не полностью. Соответственно КПД зеркальной антенны можно представить в виде произведения:

, (1.31)

где , , – коэффициенты тепловых, дифракционных потерь и перехвата соответственно. Анализ показывает, что для параболоида вращения тепловые и дифракционные потери невелики ( ) и их величина незначительно зависит от геометрических параметров зеркала и облучателя. Можно легко показать, что коэффициент перехвата (а значит, и КПД антенны) является монотонно возрастающей функцией угла раскрыва зеркала (рис. 1.23, б).

Рис. 1.23

КИП параболоида вращения в отличие от КПД при заданных форме и ширине АДН облучателя монотонно уменьшается с ростом угла раскрыва зеркала (рис. 1.23, б). Действительно, при малом угле раскрыва амплитудное распределение поля на раскрыве оказывается практически равномерным (рис. 1.23, а) ввиду того, что при . С увеличением угла амплитудное распределение поля на раскрыве существенно спадает к его краям, что приводит к снижению КИП. Отмеченные особенности поведения и при изменении угла раскрыва согласно равенству (1.30) обусловливают экстремальный характер зависимости коэффициента эффективности. Оптимальное значение угла раскрыва зависит от формы и ширины главного лепестка АДН облучателя. По данным расчетов установлено, что для обеспечения максимального коэффициента эффективности уровень облучения краев зеркала должен составлять примерно -10 дБ относительно уровня облучения его середины. При этом ширину главного лепестка АДН параболоида вращения ориентировочно можно оценить как , а уровень бокового излучения составляет (22...24) дБ. КИП такой антенны обычно принимается равным .

1.6. Способы создания различных диаграмм
направленности с помощью зеркальных антенн

Как указывалось ранее, в настоящее время одним из самых распространенных типов антенных систем РЛС РТВ являются зеркальные антенны. Специфика построения обзорных РЛС требует применения диаграмм направленности, ширина которых в одной плоскости существенно шире, чем в другой, так называемых веерных диаграмм. Кроме того, широкое применение находят антенны с ДН специального вида (например, косекансные).

Данный параграф посвящен вопросам формирования этих диаграмм, а также вопросам построения специфических типов зеркальных антенн.