пояснювальна записка випускної кваліфікаційної роботи бакалавра: 53 c., рис. 33, табл. 12, джерел 9 (стр. 3 из 7)

. (2.3)

Из (2.3) видно, что множитель системы зависит от АФР в системе и расположения излучателей. Оно показывает, что и для непрерывной системы идентичных и одинаково ориентированных излучателей правило перемножения, т. е. соотношение (2.2), имеет место.

Правило перемножения существенно облегчает расчет и анализ поля и ДН сложных антенн. Оно позволяет видеть какие особенности поля и ДН антенны порождаются свойствами излучателя и особенности обусловлены интерференцией полей излучателей (множителем системы )

В этом плане укажем ряд вытекающих из правила перемножения практически важных следствий, справедливых, естественно, как для непрерывных так и для дискретных систем:

1. Если излучатель в какой-либо плоскости не обладает направленностью, то результирующая ДН антенны в этой плоскости будет совпадать с множителем системы.

2. Как видно из (2.1), поляризация поля сложной антенны определяется векторной функцией

т.е. типом излучателя Что же касается направленных свойств сложной антенны, то они определяются в основном множителем системы.

3. Для покупки или заказа полной версии работы перейдите по ссылке.

Рассмотрим закономерности формирования волнового, поля зондирующего объект. Это поле формируется излучателем конечных размеров. Наиболее часто встречающийся случай излучателя - это апертурная антенна. Практическую ценность представляют результаты, полученные для круглых апертурных антенн. Рассмотрим этот случай детально

Как правило, вариации поля по азимуту апертуры отсутствуют. Тогда спектральная плотность пространственных гармоник А_s излучаемого поля зависит только от угла места -θ. Спектр пространственных гармоник для синфазного возбуждения в раскрыве, имеющего радиус г₀, имеет вид [8]:

, (2.7)

где А_г(r) - распределение возбуждающего поля в апертуре,

Данное преобразование не позволяет точно учесть все процессы на реальной апертуре. В частности, затекание за края, кривизну отражающей поверхности и так далее. Но и без учета этих физических факторов выражение (2.7) хорошо описывает поле только для углов вблизи главного лепестка. Поэтому, прежде чем рассматривать процесс приема отраженного поля, оценим погрешности такого приближения для условий, которые обычно имеют место в системах РАЗ и АЗ. Эти системы имеют антенны, у которых главный лепесток имеет ширину 5... 15°. Поэтому можно воспользоваться численным примером и рассмотреть обратное преобразование спектра А_s(

) по составляющим, находящимся в области действительных углов. Тогда получаем:

. (2.8)

На рисунке 2.4 представлены результаты расчетов последовательного применения формул (2.7)и (2.8) к квадратичному распределению на круглых апертурах, имеющих радиусы га равные 2, 3 и 7 длин волн К. Полученные графики представлены сплошной линией (r_а=2λ,), пунктирной (r_а=Зλ) и штриховой линией (r_а=7λ).

Можно отметить, что при увеличении г₀ точность восстановления поля на апертуре возрастает. При больших радиусах погрешность, вносимая этим фактором, будет соизмерима с погрешностью вносимой конструкционными элементами реальных антенн. Поэтому можно считать, что данный метод обладает достаточной точностью для проведения расчетов в случаях РАЗ и АЗ.

В произвольной точке пространства поле определяется известным выражением:

. (2.9)

Поскольку поле круглой антенны осесимметрично, то здесь использована цилиндрическая система координат (r и z - координаты точки в пространстве).

Для покупки или заказа полной версии работы перейдите по ссылке.

Рисунок 2.4 – Расчет распределения поля на круглой апертуре

Формирование поля в пространстве представлено на рис.2.4 а,б,в. Здесь в координатах r и z показана амплитуда поля от источника, которые имеют раскрывы 3λ, 5λ, и 10λ, и квадратичное распределение поля в апертуре. Квадратичное распределение наилучшим образом соответствует реальным распределениям возбуждения в антеннах систем РАЗ и АЗ.

Размеры по осям r и z отложены в относительных единицах, причем единицей выбран размер 0,5λ.

Эти рисунки показывают, что поле источника имеет ряд областей, свойства в которых существенно различаются. В непосредственной близости от источника поле в зависимости от расстояния изменяется слабо. Это постоянство поля усиливается с ростом размеров апертуры (r_а> 10λ). Распределение поля в основном повторяет распределение возбуждения на апертуре. Эту область иногда называют зоной прожекторного луча, она составляет ближнюю зону антенны.

В следующей области, осцилляции поля значительны. Ее называют переходной зоной, в ней плоский фазовый фронт волны, выходящей из апертуры излучателя переходит в сферический фронт волны, которая распространяется в свободном пространстве. Это объясняет наличие значительных флуктуации, амплитуда поля в этой зоне может на 10.. .20% превышать амплитуду поля на раскрыве. В этой зоне амплитудное распределение качественно трансформируется, поскольку вблизи антенны основной поток мощности не меняет сечения, оставаясь почти постоянным, а в свободном пространстве дальней зоны он сферически расходится. В промежуточной зоне осцилляции поля определяются интерференцией волн приходящих из разных участков апертуры.

В дальней зоне не изменяется относительное распределение поля по углу при линейном уменьшении амплитуды поля в зависимости от расстояния г. Так формируется диаграмма направленности (ДН), антенны.

ВЫВОДЫ

Поле создаваемое антенной в любой точке пространства определяется суперпозицией её элементарных излучателей. Если эти излучатели являются изотропным, то поле создаваемое антенной множителем системы излучателей образующих антенну, которым описывается их интерференционная картина

Множитель системы и АФР связаны между собою преобразованием Фурье. То есть множитель системы представляет собою угловой спектр амплитудно-фазового распределения. Поэтому при исследовании влияния АФР на характер множителя системы весьма полезно использовать известные из теории преобразования Фурье общие положения о связи характера функции и ее спектра.

Для покупки или заказа полной версии работы перейдите по ссылке.

Рисунок 2.5 - Пространственное распределение поля круглой апертуры при r_а (r_а> 3

)(а). и (r_а> 5 )(б).(r_а> 10 ).(в)

К основным закономерностям формирования сигнала в системах волнового зондирования относятся следующие: формирование поля зондирующих волн, временная зависимость, и возможность посылок сигнала, параметры которого согласуются в соответствии с ожидаемыми свойствами объекта. Эти черты наиболее общие для всех волновых дистанционных методов, основанных на использовании волн любой природы. В произвольной точке пространства поле создаваемое апертурой антенной определяется известным выражением (2.9).

В дальней зоне не изменяется относительное распределение поля по углу при линейном уменьшении амплитуды поля в зависимости от расстояния г. Так формируется диаграмма направленности антенны.

3 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ

АДАПТИВНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ ЗОНДИРУЮЩЕГО СИГНАЛА

Амплитудно-фазовое распределение в раскрыве полностью описывает диаграмма направленности исследуемой антенны. Как показано в предыдущем разделе, для получения диаграммы направленности необходимо выполнить операцию преобразования Фурье от вектора составленного из выбора значений АФР в раскрыве.

В соответствии с заданием на работу рассматривалась сферическая антенна диаметром 60 см. с акустическим динамиком установленным в её центре. При учете направленных свойств динамика АФР в раскрыве антенны можно принять как спадающее к краям (по функции cos) используемая длинна волны составляет 6 см. на рисунке 3.1 приведен алгоритм расчета направленных свойств антенны излучателя зондирующего сигнала. Алгоритм построен на основе математической модели разработанной автором квалификационной работы [7, 8].

Согласно приведенного алгоритма в первом элементе необходимо ввести геометрические размеры антенны (диаметр L), длину волны зондирующего сигнала (λ), вид и основные характеристики АФР. Если получены экспериментально снятые данные, описывающие зависимость значений АФР на апертуре антенны, то они могут использоваться как исходные данные.

Важным при введении АФР является выбор интервала дискретизации по апертуре антенны, который должен составлять половину длины волны.

Следующим элементом алгоритма является проверка наличия экспериментальных данных. При их наличие после ввода формируется вектор экспериментальных данных АФР, если экспериментальные данные отсутствуют, то переходят к проверке вида АФР. После определения вида АФР формируется вектора для равномерного распределения или для спадающего к краям.

Для покупки или заказа полной версии работы перейдите по ссылке.

Для покупки или заказа полной версии работы перейдите по ссылке.

Результаты, приведенные на рисунке 3.3, позволяют осуществлять адаптацию излучателя зондирующего сигнала на базе рассматриваемой антенны к условиям внешней среды. Под которыми понимается наличие внешних шумов на соответствующих частотах, различную величину гидрометеоров и геометрические размеры метеообразований (изменение частоты зондирующего сигнала или ширины диаграммы направленности).