Определение поля излучения параболического зеркала

Раскрыв представляет собой круглую площадку с полем линейной поляризации. Фаза поля неизменна в плоскости этой площадки, а амплитуда описывается полиномом .

Каждый -ый компонент поля в раскрыве создает в дальней зоне

где

,

– площадь раскрыва, -амплитуда напряженности поля в центре площадки: , – лямбда функция -го порядка.

Полное поле в дальней зоне будет равно сумме полей, создаваемых каждой компонентой:

(4)

Выражение, определяемое суммой в формуле , представляет собой ненормированную диаграмму направленности зеркальной антенны:

Для получения нормированной диаграммы направленности найдем максимальное значение . Максимум излучения синфазной площадки, как известно, имеет место в направлении, перпендикулярном этой площадке, т.е. при . Этому значению соответствует значение Заметим, что при любых . Следовательно, максимальное значение диаграммы направленности равно:

.

Тогда можно записать:

(5)

Формула (5) описывает нормированную диаграмму направленности параболоидной зеркальной антенны и является расчетной. Постоянные коэффициенты зависят от распределения поля в раскрыве зеркала. Их значения определяются системой уравнений (3).

Если ограничиться тремя членами полинома (2), т.е. положить , то нормированная диаграмма направленности параболоидного зеркала опишется выражением:

Связь между диаграммой направленности параболоидной антенны
и распределением поля в ее раскрыве

Из формулы (5) видно, что диаграмма направленности полностью определяется распределением поля в ее раскрыве, (т.е. ) и соотношением ( )

Анализ показывает, что при фиксированном главный лепесток ДН будет наиболее узким при равномерном распределении поля в раскрыве . Одинаково большими при таком распределении будут и уровни боковых лепестков (УБЛ).

При равномерном распределении поля коэффициенты согласно системе уравнений принимают следующие значения:

,

и нормальная ДН описывается выражением:

.

Коэффициент использования поверхности в этом случае равен .

Если амплитуда спадает к краям зеркала, то ДН расширяется, а УБЛ уменьшается – это хорошо, но повышается – это нежелательно. Ищут компромиссное решение.

Для максимального КУ спад на краю зеркала не должен превышать -10 дБ по отношению к центру.

Для минимального значения УБЛ этот спад равен -15…-20 дБ.

Таким образом:

1) Распределение в раскрыве зеркала определяется ДН облучателя и соотношением ;

2) Выбирая тот или иной облучатель, размер параболоида и значение , можно добиться получения требуемой ДН зеркальных антенн.

В качестве примера рассмотрим ДН зеркальной антенны, облучаемой электрическим диполем с дисковым рефлектором.

ДН для Е и Н-плоскостей для двух значений приведены на рис. 83. Видно, что . Это объясняется тем что в плоскости Н поле в раскрыве зеркала более равномерно, чем в плоскости Е. это обусловлено направленными свойствами облучателя.

Рис. 83. Диаграммы направленности параболоида, облучаемого диполем с дисковым рефлектором.

Известно, что в плоскости электрический диполь с дисковым рефлектором, как облучатель, дает спадающее к краям поле в раскрыве зеркала. В то время как в плоскости он дает менее спадающее распределение поля.

В табл. 1 даны значения ширины ДН по половине мощности и УБЛ для зеркал различной глубины. В этой таблице Н₁ и Н₂ – первый и второй боковые лепестки в плоскости ; Е₁ и Е₂ – соответствующие лепестки в плоскости .

Таблица 1.

					Уровень боковых лепестков, дБ
Н1	Н2	Е1	Е2
0,4	1,67		1,73		–	–	–	–
0,6	1,73		1,95
0,8	1,90		2,27
1,0	2,17		2,63

Приведенные в таблице данные являются ориентировочными. На практике соответствующие величины могут изменяться в зависимости от ряда факторов (типа облучателя, точности изготовления антенны, точности фокусировки и т.п.).