12.6. КНД и оптимальный угол раскрыва зеркальной антенны.

При заданном диаметре зеркала и ДН облучателя КНД антенны является функцией угла

раскрыва зеркала. Эта функция имеет максимальное значение при некотором угле раскрыва,

который для данного облучателя называется оптимальным. Существование максимума КНД

объясняется так:

В случае при увеличении все большая часть энергии облучателя перехватывается

зеркалом и отражается в направлении главного лепестка ДН антенны. Это должно повышать КНД,

однако его росту препятствует неравномерность распределения АР в раскрыве. В случае при

уменьшении равномерность распределения амплитуды поля по раскрыву увеличивается, это

увеличивает КНД, но все большая часть энергии облучателя проходит мимо зеркала в боковые

лепестки, что уменьшает КНД. Наличие двух противоположно воздействующих на КНД факторов

при изменении и объясняет существование , при котором КНД максимален.

Для большинства применяющихся на практике облучателей соответствует направлениям, в

которых поле облучателя ослабевает на 9. Л 0 дБ. Поэтому на практике считают, что угол

раскрыва зеркала должен быть равен ширине ДН облучателя на уровне 0,1 по мощности.

а) ,

где - геометрическая площадь, - коэффициент использования поверхности и

определяется амплитудой поля в раскрыве зеркала.

(12.6.1.)

В случае параболических зеркал имеем.

; ; (12.6.2.)

Подставив (12.6.1.) в (12.6.2.) получим

(12.6.3.)

Для приближенного расчета пренебрегают зависимостью распределения поля от и

считают, что амплитуда поля в раскрыве является функцией только координаты , тогда (3)

упрощается и принимает вид

Для облучателя в виде диполя с диполевым рефлектором имеет вид.

Рис. 12.13. Завистимость коэффициента использования поверхности раскрыва от угла

раскрыва зеркала.

при – это объясняется тем, что поле очень малых зеркал приблизительно

равномерное. С увеличением глубины зеркал быстро уменьшается.

КНД по формуле а) не учитывает потерь энергии на рассеивание, то есть энергии

проходящей от облучателя мимо зеркала.

Для более полной характеристики следует использовать такой параметр, как КУ антенны

– КПД

Тепловыми потерями электромагнитной энергии на поврхности зеркала можно пренебречь

(они очень малы).

Тогда под следует понимать

где – энергия, попадающая на зеркало, – мощность излученная облучателем.

Для определения этого отношения окружим облучатель сферой радиусом элемент

поверхности сферы равен

Рис. 12.14. К определению КПД зеркальной антенны.

Полная мощность облучателя определяется выражением

где – амплитуда напряженности поля в направлении максимального излучения

облучателя; нормированная ДН облучателя.

Мощность излучения, попадающего на зеркало.

б)

Из выражения (б) видно, что полностью определяется ДН облучателя и величиной .

Очевидно, чем больше , то есть чем глубже зеркало, тем большая часть излученной энергии

попадает на зеркало и следовательно, тем больше . Таким образом характер применения

противоположен характеру изменения . Опять компромисс.