Лекция №14. Сәулелендіруші беттің бағыттылық диаграммасы.

Лекция жоспары:

· идеал жазық антеннаның бағыттылық сипаттамалары;

· сәулелендіруші беттің бағыттылық қасиеттеріне фазалық бұрмаланудың әсері;

· фазалардың таралуының бағытталу диаграммасының алаңы.

14.1 Сәулелендіруші беттің бағыттылық диаграммасының коэффициенті

ƒ(x, y) =1, 𝜆(x,y)=0 идеал жазық антенна жағдайында БДК арналған формула төмендегідей түрде болады:

=4πS/ℷ (14.1)

Қорыта келгенде, идеал жазық антеннаның БДК−сі ұлғайған сайын антеннанның ауданы ұлғаяды, ал толқын ұзындығы кемиді. Антеннаның БДК−сі антенна ауданы тұрақты болғандағы толқын ұзындығының квадратына кері пропорционал. Толқын ұзындығын қысқартсақ, жоғары БДК антеннаны құру оңайға түседі. Сонымен, ℷ=1 см жұмыс істейтін антеннаның БДК Д=12,6 болуы үшін, оның ауданы 1 −ты құруы керке. (14.1) формуласына ұқсастығына қарай, әркелкі амплитудалық таралу жағдайында

(14.2)

шамасын антеннаның тиімді ауданы деп атауға болады:

(14.3)

Өршітуші өріс еркін таралатын сәулелендіруші беттің БДК−тін (14.1) және (14.2) формулалары көмегімен идеал жазық антеннаның БДК−ті арқылы көрсете отырып, келесі формуланы табамыз:

(14.4)

мұндағы: − идеал жазық антеннаның БДК; υ= /S−раскрыв бетін қолдану коэффиенциенті (БҚК).

БҚК шамасы өршітуші өрістің амплитудалық және фазалық таралуының түріне тәуелді болады. Өршітуші өріс амплитудасы антенна шекараларына қаншалық тез төмендесе, БҚК соншалықты аз болады. Жиі кездесетін косинусты амплитудалық таралуды қарастырайық: ƒ(x)=cos(πx/a, υ(x,y)=0.

Сонда:

Интегралдау арқылы келесі формуланы аламыз:

(14.5)

Амплитудалық таралуы шекараларға төмендейтін сәулелендіруші беттің БДК−нің кемуі, бірдей сәулеленуші қуат болған жағдайда, бірінші антеннаның басты бағытында өріс кернеулігі осы бағыттағы екінші антеннаның өріс кернеулігімен салыстырғанда аз болуымен түсіндіріледі. Өйткені бірінші антеннаның бағыттылық диаграммасы екінші антеннаның бағыттылық диаграммасына қарағанда ендірек.

Нақты сәулелендіруші бет жағдайында антеннаның эффективті беті әрқашан да оның S геометриялық ауданынан аз болады.

Нақты антеннаның әрекеттегі ауданы деп идеал жазық антеннаның БДК−ті нақты антеннаның БДК−не тең болатын ауданды айтамыз. (14.4) формуласында келтірілген .

14.2 Сәулелендіруші беттің бағыттылық қасиеттеріне фазалық

бұрмаланудың әсері

Сәулелендіруші беттің синфазалы болмауы антенна құрылғыларының кейбір ерекшеліктерінің әсерінен немесе антеннаның дәлсіз орындалуынан туындайды.

Фазалық бұрмалану антеннаның бағыттылық қасиеттерін нашарлатады. Бірақ кейбір жағдайларда сәулелендіруші бетке арнайы пішіндегі бағыттылық диаграммасын алу үшін немесе бағыттылық диаграммасын басқарып отыру үшін фазалық таралудың белгілі бір заңын орналастырады.

Жалпы жағдайда фазалық таралу екі координаттың функциясы бола алады. Дегенмен зерттеуді жеңілдету үшін әдетте фаза тәуелділігін әр координатта бөлек қарастырады. мұндағы және т.б. – сәулелену беттерінің шекараларында пайда болатын (x=±a/2), сәйкес фаза таратқыш құраушыларының максималды фазалық орын ауыстырулары.

Қоздырушы өрістің фазасының өзгеруінің монотонды заңдары, негізінен берілген қатардың алдыңғы үш мүшесімен жеткілікті дәлдікте берілуі мүмкін: сызықты, квадратты және кубтық. Кейбір жағдайларда антеннаның фазалық таратылуы қатардың бір мүшесімен ғана жақсы берілуі мүмкін.

Қарапайым фазалық таратулардың антеннаның бағытталған қасиеттеріне әсерін анықтаймыз: сызықтық, квадраттық және кубтық. Бұл кезде қоздырушы өрістің амплитудасы координатаға тәуелсіз деп есептейміз.

Фазалардың сызықтық таралуы кезінде (сурет 14.1а) қоздырушы өрістің кернеулілігі заңы бойынша өзгереді. Себебі қоздырушы өрістің фазасы а антеннасының өлшемі бойында ғана өзгереді, сондықтан антеннаның бағытталу қасиетін тек xoz жазықтығында ғана зерттеген дұрыс (сурет 14.1б). Сызықты фазалық таралумен қоздырылған бет үшін келесідей болады:

(14.6)

Сәулелену шарты кезінде максималды болады, ол жерден:

(14.7)

Барлық шешімдер диаграмманың бұрылуына және кеңеюіне қатысты жасалған.

Сурет 14.1 - Фазалардың өзгеруінің сызықты заңы

Бірқалыпты сызықты тордың бағытталуы және оның ПӘК, берілген жағдайда да тұрақты болып қалады. Қоздырушы өрістің фазасы заңы бойынга өзгерсін (сурет 14.1). Қоздырушы өрістің керенулілігі анықталады, онда:

Жоғарыдағы теңдеуді интегралдау нәтижесінде алынатын бағытталау сипаттамасы үшін формула айтарлықтай ауыр болып келеді. Бұл формула бойынша есептелген бағытталау диаграммалары 14.2 суретте келтірілген. Суреттен көрініп тұрғандай квадраттық фазалық таратулар бағытталу диаграммасының бұрылуына алып келмейді.

Сурет 14.2 Фазалары квадраттық таралумен бағытталу диаграммасының алаңы

мағыснасы кезінде беттің нормасына сәйкес симметриялы болып қалады. Ол бұрыннан белгілі, себебі бұл таралу сәулеленетін беттің ортасына қатысты симметриялы.

Сәулеленетін беттің бағытталу қасиеттеріне фазаның квадраттық өзгеруіне әсері келесіге алып келеді: бағытталу диаграммасының жарпақшалары арасындағы нөлдер жоғалады, шеттеріндегі жапрақшалардың деңгейлері жоғарылайды, бағытталу диаграммасының басты жапрақшасы кеңееді және үлкен мәндері кезінде шеткі жапрақшалар кеіеетін басты жапрақшамен толығымен жұтылады.фазалардың орын аустыру мәндері кезінде басты жапрақшанығ екі еселенуі жүреді: максималды сәулеленудің екі бағыты пайда болады, нормалау бағытындағы сәулелену төмендейді. Нәтижесінде, квадарттық фазалық тарату бағытталу диаграммасының бұрмалануына алып келеді, антеннаның бағытталу қасиеттрінің нашарлауына алып келеді. Фазалардың максималды орын ауыстарулары кезінде, 45° аспайтын, бағытталау диаграммасы негізгі жапырақшаның ені бойынша, жартылай қуат бойынша, сонымен қатар, шеткі жапырақшалардың деңгейлері бойынша идеалды жазық антеннаның бағытталу диаграммасының сипаттамаларынан айырмашылығы болмайды.

Фазалардың кубтық заңы бойынша өзгеруі кезінде қоздырушы өрістің кернеулілігі заңы бойынша өзгереді. Фазалық таралу келесідей түрде болады (сурет 14.3) . Фаза сәулеленетін беттің центріне қатысты симметриялы емес таратылған.

Сурет 14.3 - Фазалардың кубтық өзгеру заңы

Бұндай беттің бағытталу сипаттамасының формуласы айтарлықтай ауыр болып келеді. Кубтық фазалық бұрмаланудың бағытталу диаграммасына әсер ету сипаты 14.4 суретте көрсетілген. Фазалардың кубтық өзгеруі кезінде, сызықтық өзрегу кезіндегідей, бағытталу дигараммасы максималды сәулелену бағыттына бұрылады, нормадан бұрышқа фазаның кешігу бағытына ауытқиды.

Сурет 14.4 - Фазалары кубтық таралумен бағытталу диаграммасының алаңы

Бұл кезде бағытталу диаграммасы бұрмаланады, ол максималды сәулеленудің бағытына қатысты ассиметриялы болып кедеді, шеткі жапырақшалар басты жапырақшадаан бір жағында төмендейді, ал келесі жағында жоғарыдайды; шеткі жапырақшалардың жоғарылауы басты жапырақшалардың ауытқу бағыына сәйкес жағында жүзеге асады. Кубтық фазалық таратылу болған кездегі бағытталу диаграммасы бұрылатын бұрыш үлкен есес шамалар кезінде келесі формуламен анықталады:

(14.8)

(14.7) және (14.8) формулаларды салыстырудан көрініп тұрғандай бағытталу диаграммасы фазалардың кубтық өзгеруі кезінде, сызықтыға қарағанда, төмен бұрышқа ауытқиды. Әр түрлі фазалық таралулардың антенналардың бағытталу қасиеттеріне қатысты әсер етулердің барлық нәтижелері қоздырушы өрістің (f(x)=1) біркелкі таралу амплитудасының көрінісіне жатады. Таралудың шеттеріндегі азаю кезінде бағытталу диаграммасының фазаның өзгеруіне әсері төмендейді. Себебі фазалардың әр түрлі өзгеру заңдары антенналардың бағытталу қасиеттерінің нашарлауымен байланысты, сәйкесінше фазалық бұрмалану бар кезінде беттің қолдану коэффициенті төмендейді.

Бақылау сұрақтары:

1. Сәулелендіруші беттің бағыттылық диаграммасының коэффициенті қалай анықтайды?

2. Бағыттылық қасиеттеріне фазалық бұрмаланудың әсері қандай?

3. Бағытталу диаграммасының фазалық таралуы дегеніміз не?