fx(\i)= 5 Rx{u,0)exp(-iu\i)du,

- oo

- oo

где Rx (и, v) - составляющая заданной- диаграммы направленности,

/.(fi) = Fx (x) УГТЩх), г (ti) = L (x).

Здесь Fx (x) - составляющая поля по оси х на раскрыве; L (х) - функция, определяющая форму кривой излучателя.

Аналогично вычисляется вторая составляющая поля по оси у fy{[i) по известной функции Ry{u, 0).

Выше приведены основные результаты, полученные при разработке теории синтеза антенны. Естественно, мы не смогли охватить все работы, посвященные исследованию этого вопроса. Многие работы оказались неотмеченными, например работы Тэйлора [29, 33], первая из которых посвящена изучению квазиоптимальной ан тенны, вторая - оптимальному круговому раскрыву и т. д.

В заключение отметим несколько, по нашему мнению, весьма важных задач, решение которых представляет для теории синтеза антенн существенный интерес.

1. Нахождение закона изменения фазы тока на линейном излучателе, а также фазовой диаграммы направленности в случае, если заданы амплитудная диаграмма направленности и закон распределения амплитуды поля на излучателе.

2. Синтез криволинейного замкнутого проводника, лежащего на плоскости по заданной диаграмме.

3. Синтез распределения поля на криволинейной (неплоской) поверхности по заданной пространственной диаграмме.

4. Синтез неэквидистантной оптимальной линейной, или плоской, решетки по заданной диаграмме направленности.

Л ИТЕРАТУРА

1. Р а м м Г. С. Научио-техиический сб. Ленинград, нн-та связи, 1937, 3, 43.

2. W о И J. Proc. IRE, 1937, 25, 5, 30.

3. ПистолькорсА. А. Изв. электропромышл. слаб, тока, 1939, 1, 9.

4. В о л ь м а и И. И. Электросвязь, 1941, 4, 46.

5. ФельдЯ. Н. иБеиенсои Л. С. Антенны сантиметровых и дециметровых воли, ч. I, Изд. ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1955.

6. X а р к е в и ч А. А. Спектры и анализ, ГИФМЛ, 1962.

7. Хургии Я-И. иЯковлевВ. П. Методы теории целых функций в радиофизике, теории связи и оптике. ГИФМЛ, 1962.

8. 3 ел кии Е. Г. Радиотехника и электроника, 1963, 8, 1.

9. ФельдЯ. Н., Б а X р а X Л. Д. Радиотехника и электроника, 1963, 8, 2.

10. А X и е 3 е р Н. И. Лекции по теории аппроксимации. ГТИ, 1947. И. 3 ел кн и Е. Г. Построение излучающей системы по заданной диаграмме направленности. Госэиергонздат, 1963.

12. Тартаковский Л, Б. Радиотехника и электроника, 1958, 3; 1963, 12,

13. М и и к о в и ч Б. М. Радиотехника и электроника, 1962, VII, 4.

14. П и с т о л ь к о р с А. А. Докл. АН СССР, 1953, 89; 5 , 849.

15. Б а X р а X Л. Д. Докл. АН СССР, 1953, 96. 4, 755.

16. R i b 1 е t Н. J. Proc. IRE, 1947, may. 35, 489.

17. Chu L. J. J. Appl. Physics. 1948. 19. 12, 1163.

18. Bell D. A. Proc. IRE, 1948, September, 1135.

19. Jar у N. A. Proc. IRE, 1951, 39, 9, 1081.

20. Б a к л a и 0 в E. В., П о к p о в с к и й В. Л., С у р д у р о в и ч Г. И. Радиотехника и электроника, 1962, VII. 6. 963.

21. Bruce J. D., Unz И. Proc. IRE, 1962, 50, 2128.

22. Maf f ett A. L. IRE Trans., 1962, AP-10, 2, 131.

23. L 0 y. T. IEEE Trans. Antennas and propagat., 1963, 95.

24. 3a к сои И. Б., Меркулов В. В. Радиотехника и электроника, 1965, X, 7.

25. D о 1 р h G. L. Proc. IRE, 1946, 34, 6, 335.

26. П о к р о в с к и й В. Л. Докл. АН СССР. 1956, 109. 4. 769.

27. Покровский В. Л. Радиотехника и электроника, 1957. 2, 12. 1550.

28. Соколов И. Ф. иВакмаиД. Е. Радиотехника и электроника. 1958, 3. 1, 46.

29. Taylor Т. Т. IRE Trans., 1955, АР-3, 1.

30. Мннкович Б. М. Радиотехника и электроника, 1962, VII, 1.

31. Миикович Б. М. Радиотехника и электроника, 1961, VI, 8.

32. 3 е л к и и Е. Г. Радиотехника и электроника, 1964. IX. 1.

33. Taylor Т. Т. IRE Trans.. 1960. АР-8, 1.

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СОВРЕМЕННЫХ ОСТРОНАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЙ

и. в. ВАВИЛОВА, К. И. МОГИЛЬНИКОВА

Введение

В последние годы в связи с развитием радиоастрономии, радиолокации и космической связи были созданы большие наземные антенны различных диапазонов волн - от метрового до миллиметрового. Эги антенны имеют площадь в несколько сотен и даже тысяч квадратных метров. Их размеры, выраженные в длинах рабочей волны, достигают 1000 X. Соответственно они обладают разрешающей способностью порядка единиц угловых минут и имеют усиление более миллиона. Примерами могут служить: радиотелескоп РТ-22 (гор. Серпухов, Советский Союз) с параболическим зеркалом диаметром 22 м, который работает на волнах от 20 см до 8 мм; гигантская сферическая чаша в Пуэрто-Рико диаметром в 300 м, работающая в дециметровом диапазоне волн; двухзеркальная антенна для космической связи с 37-метровым параболическим зеркалом (Хай-стэк, США) и некоторые другие.

Естественно, что такие сооружения являются дорогостоящими, и по-этому весьма важно получить от них, с точки зрения радиотехнических параметров, максимум возможного.

При разработке больших антенн приходится учитывать ряд специфических требований, в связи с которыми вводятся, помимо обычных, некоторые дополнительные радиотехнические параметры. Кроме того, при настройке и испытаниях таких антенн встречается ряд трудностей, что заставляет искать новые методы измерений их параметров.

Цель настоящей статьи - познакомить читателя с основными радиотехническн.ми характеристиками больших зеркальных антенн и особенностью методов их измерений, напомнив предварительно о таких известных параметрах антенн, как диаграмма направленности и коэффициент усиления.

1. Диаграмма направленности и коэффициент усиления

Диаграмма направленности является основной характеристикой антенны. В режиме передачи она представляет собой зависимость напряженности поля, создаваемого антенной, или величины излученной в единицу телесного угла мощности от направления. В режиме приема диаграмма направленности выражает зависимость напряжения или мощности на входе приемника, подключенного к антенне, от ориентации антенны относительно источника сигнала. В соответствии с теоремой взаимности диаграммы направленности антенны при работе ее в режиме приема и передачи совпадают. Диаграмма направленности может быть изображена как в полярных (рис. 1, а), так и декартовых координатах (рис. 1,6). В диаграмме направленности выделяют главный лепесток, в котором сконцентрирована основная часть мощности, боковые и задние лепестки. Обычно диаграмма направленности нормируется так, что ее величина ь направлении максимума полагается равной единице. Диаграмма направленности антенны целиком зависит от формы излучающего раскрыва и характера распределения поля по нему. Главный лепесток остронаправленных антенн принято характеризовать угловой шириной на уровне половины мощности от максимума А0о,5 или угловой шириной между первыми нулями Абц.

Для зеркальных антенн с круглым раскрывом и спадающим к краям раскрыва полем ширину диаграммы направленности в градусах можно приближенно оценить по формуле

где D - диаметр раскрыва. Я, - длина рабочей волны.

Так, антенна размером D = 700Я, будет иметь диаграмму шириной 0°,1, т. е. 6 угловых минут.

Другой важной характеристикой антенны является ее коэффициент усиления G, равный произведению коэффициента направленного действия (КНД) D на коэффициент полезного действия (КПД) антенны ц

G = D.y\. (1.1)

Коэффициент направленного действия выражает направленные свойства антенны. В режиме передачи он показывает, во сколько раз мощность, излучаемая антенной в данном направлении, превышает мощность, которую излучал бы в данном направлении ненаправленный излучатель, если бы его подключили вместо антенны при условии отсутствия потерь в обеих антеннах.

Соответственно в режиме приема КНД показывает, во сколько раз, сигнал, принятый антенной с данного направления, превышает мощность равномерно распределенных в пространстве помех

р/р,

(dOj

О 10 гд х°-*-в

JZCf

220 200 180 т т а

т° гю ZVO гто зоо ззо о за so so ш ш тд

Рис. 1. Диаграмма направленности антенны в полярной (а) и прямоугольной (б) системах координат

по сравнению с приемом на ненаправленную антенну (также при условии отсутствия потерь в обеих антеннах).

Согласно определению коэффициент направленного действия равен

где 9 и ф - полярный угол и азимут сферической системы координат, центр которой совпадает с антенной; Р( 0, ф)-мощность, заключенная в единице телесного угла; Р - полная излучаемая мощность.

Обычно интересуются максимальным значением коэффициента направленного действия Dmax в направлении максимума диаграммы направленности.

Коэффициент полезного действия х\ характеризует потери энергии в антенне и в линии передачи и по определению равен отношению излученной (или принятой) антенной мощности Ps к полной мощности Р, подводимой к антенне со стороны передатчика (в режиме передачи) или со стороны раскрыва (в режиме приема):

Рис. 2. Распределение поля в раскрыве антенны

11 =

Ро-Р.

(1.2)

Ро Ро

здесь Pfl - мощность потерь в антенне и в линии передачи.

На практике измеряют коэффициент усиления, а не коэффициент направленного действия, поскольку исключить все источники потерь в антенне не удается.

При разработке обычных антенн, как правило, стремятся обеспечить малые боковые лепестки у диаграммы направленности и получить достаточно высокий коэффициент усиления. Эти требования находятся в известном противоречии. Дело в том, что антенна имеет максимальный КНД, когда поле в ее раскрыве равномерно (рис. 2, кривая 1), но боковые лепестки при этом оказываются большими. Удовлетворительный компромисс между уровнем боковых лепестков и КНД получается, когда поле в раскрыве спадает к краям и его величина на краю раскрыва составляет 10% от величины Ртах в центре раскрыва (рис. 2, кривая 2). Однако при разработке больших приемных антенн этот компромисс не всегда устраивает и приходится еще больше снижать уровень поля на краях раскрыва, чтобы выполнить другие требования, о которых пойдет речь в дальнейшем.

2. Что такое эффективная площадь и от чего она зависит?

Если поле в раскрыве антенны равномерно, то вся площадь раскрыва с одинаковой интенсивностью участвует в формировании диаграммы направленности и КНД в направлении максимума