Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние и перспективы развития антенных систем подвижной радиосвязи 19
1.1 Развитие систем подвижной радиосвязи в россии и за рубежом 19
1.2 Анализ типов антенн для перспективных систем подвижной радиосвязи 26
1.3 Анализ основных методов синтеза антенных решеток 34
1.4. Выводы 44
2 Параметрический синтез многолепестковых диаграмм направленности на основе метода парциальных диаграмм 46
2.1 Алгоритм синтеза многолепестковых диаграмм направленности плоских антенных решёток 46
2.2 Синтез многолепестковых диаграмм направленности плоской антенной решётки 52
2.3 Исследование зависимости значений кнд многолепестковой ар от положения лучей 59
2.4 Регулировка фазовой диаграммы направленности при формировании многолепестковых диаграмм 63
2.5 Синтез диаграмм направленности сложной формы 64
2.6 Исследование диапазонных свойств
синтезированных диаграмм направленности 66
2.7 Анализ распределения синтезированных токов в каналах излучателей плоской антенной решетки 67
2.8 Выводы 72
3 Матричный метод синтеза многолепестковых диаграмм направленности 74
3.1 Способ и алгоритм формирования многолепестковых диаграмм направленности антенных решёток 74
3.2 Матричный синтез многолепестковых диаграмм направленности кольцевой антенной решётки 81
3.3 Матричный синтез многолепестковых диаграмм направленности линейной антенной решётки 86
3.4 Матричный синтез многолепестковых диаграмм направленности плоской антенной решётки 93
3.5 Исследование диапазонных свойств синтезированных диаграмм направленности 96
3.6 Анализ распределения синтезированных токов в каналах излучателей антенных решёток 101
3.7 Выводы 105
4 Аналитический метод фазового синтеза двухлепестковых диаграмм направленности 107
4.1 Способ формирования двух независимо ориентируемых лепестков в диаграмме направленности фазированной антенной решётки... 107
4.2 Фазовый синтез двухлепестковых диаграмм направленности линейной антенной решётки 109
4.3 Фазовый синтез двухлепестковых диаграмм направленности плоской антенной решётки 111
4.4 Возможность регулировки фазовой диаграммы направленности 113
4.5 Исследование диапазонных свойств синтезированных диаграмм направленности 115
4.6 Выводы 118
5 Анализ вопросов практической реализации разработанных методов синтеза многолепестковых диаграмм 120
5.1 Оценка влияния взаимной связи излучателей на формирование дн антенных решеток с помощью предложенных методов 120
5.2 Оценка устойчивости решения задачи формального синтеза 128
5.3 Оценка устойчивости разработанных алгоритмов к погрешностям дискретизации амплитудно-фазового распределения 135
5.4 Оценка вычислительной эффективности разработанных алгоритмов 141
5.5 Выводы 144
Заключение 146
Литература
- Анализ типов антенн для перспективных систем подвижной радиосвязи
- Исследование зависимости значений кнд многолепестковой ар от положения лучей
- Матричный синтез многолепестковых диаграмм направленности кольцевой антенной решётки
- Фазовый синтез двухлепестковых диаграмм направленности линейной антенной решётки
Введение к работе
0.1 АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Развитие мобильных сетей начиналось с предоставления услуг телефонии с использованием аналоговых технологий. В 90-х годах появились цифровые технологии, позволяющие снизить стоимость развертывания сетей и обеспечить лучшее качество связи. Среди них разработанная в Европе технология GSM стала наиболее популярной и была внедрена во многих странах. По мере увеличения популярности Интернета развивались услуги передачи данных, такие как передача сообщений и Web-браузинг, которые реализовывались путем модификации существующей цифровой технологии. Однако скорость передачи данных была недостаточна и ограничена, потому что цифровые сотовые системы были разработаны прежде всего для передачи голоса. Для того чтобы обеспечить лучшее качество голосовых услуг и более высокие скорости передачи данных, были разработаны новые системы мобильной связи - сети третьего поколения [1].
В настоящее время в России, как и во всем мире, продолжается и приобретает все более планомерный характер развитие сетей и систем подвижной радиосвязи (СПР). Это относится как к сетям общего пользования (преимущественно сотовым), так и к профессиональным (ведомственным, внутрипроизводственным, технологическим) транкинговым сетям подвижной радиосвязи. Утверждена «Концепция развития в Российской Федерации транкинговых систем подвижной радиосвязи на период до 2010 года». В ближайшей перспективе ожидается интенсификация внедрения сетей подвижной радиосвязи третьего поколения. Быстро развиваются корпоративные СПР в различных отраслях и секторах экономики, продолжают развиваться и совершенствоваться СПР специального назначения, в том числе с ретрансляторами на низкоорбитальной системе спутников.
Указанные процессы во многом определяют новые дополнительные требования к антеннам (антенным системам) базовых станций (БС), радиоцентров СПР и мобильных станций. С учетом общих тенденций
повышения требований к качеству связи в условиях непрерывно усложняющейся электромагнитной обстановки ужесточаются требования к основным параметрам антенн. С другой стороны, массовое использование антенн БС СПР диктует не менее жесткие требования к их техническо-экономическим показателям. Для действующих и перспективных СПР выделены участки радиочастотного спектра в самых различных частях ОВЧ - и УВЧ-диапазонов, что предопределяет относительное разнообразие типов и технических решений применяемых антенн БС СПР [2-4]. Не менее существенным фактором в этом отношении оказываются специфические технические требования, возникающие при построении корпоративных и специальных СПР [6-7], и предполагающих многообразие пространственных, энергетических и поляризационных характеристик антенн.
В зависимости от конкретных требований к конфигурации зоны обслуживания БС, учитывающих, в частности, и факторы электромагнитной совместимости (ЭМС), антенная система должна формировать в горизонтальной плоскости круговую с заданной неравномерностью или секторную с заданной неравномерностью или секторную с заданной шириной главного лепестка диаграмму направленности (ДН). Радиус зоны обслуживания, а так же факторы ЭМС и электромагнитной безопасности определяют требования к коэффициенту направленного действия (КНД) антенны, ширине ДН в вертикальной плоскости, наклону луча и величине боковых лепестков, выполнение которых в большинстве случаев обеспечивается за счет вертикального развития антенной системы, ее построения в виде линейной вертикальной антенной решетки (АР) и формирования соответствующего амплитудно-фазового распределения. [2]
Изложенные выше наиболее общие принципы построения радиосредств определяют постоянный рост требований, которым должны удовлетворять антенно-фидерные устройства радиосистем. В связи с этим современные радиосистемы, должны обеспечивать не только передачу или прием информации по радиоканалам, но, и в ряде случаев, определение местоположения объекта [8] и его идентификацию. Такое расширение круга
задач стимулировало интенсивное развитие антенных систем и, как следствие, проведение исследований по широкому кругу вопросов, связанных с теорией и техникой антенн.
В процессе развития также существенно видоизменяются конструкции используемых антенн. Наряду с проволочными (вибраторными) антеннами, созданными на первых этапах развития, широкое распространение получают апертурные антенны, антенны бегущей волны, фазированные антенные решетки, щелевые, импедансные, диэлектрические, ферритовые и другие типы антенн.
Кроме излучения и приема электромагнитных волн для передачи информации на расстояние или извлечения данных о положении и движении объекта, антенная система стала выполнять ряд дополнительных функций, включая пространственную, временную и пространственно-временную обработку принятых сигналов, адаптацию, самонастройку для обеспечения помехозащищенности и электромагнитной совместимости радиосистем.
Одной из важных проблем современной радиоэлектроники является одновременное обеспечение требуемых направленных свойств и электромагнитной совместимости радиотехнических систем, так как все шире используется различная радиоэлектронная аппаратура, растет число одновременно излучающих и принимающих антенн. Особую актуальность указанная проблема приобретает в связи с интенсивным развитием систем сотовой мобильной связи и беспроводного доступа в Интернет. В этом случае антенна, предопределяющая в большинстве случаев характеристики радиосистем в целом, будет определять не только зону охвата и доступности индивидуальных пользователей, но и саму возможность бесконфликтного использования систем связи в данном регионе.
Таким образом, наряду с антеннами, представляющими простые взаимные устройства, для решения возникающих задач применяются и антенные системы, являющиеся совокупностью излучателей, обеспечивающие одновременное решение целого ряда задач, направленных на достижение радиосистемой заданных ТТХ. Иными словами, речь идёт о создании многофункциональных антенных систем для базовых станций сотовой связи и
радиоцентров СПР. Ещё более высока актуальность применения многофункциональных антенных систем на мобильных станциях спутниковой связи, функционирующих через ретрансляторы, размещённые на системе низкоорбитальных искусственных спутниках земли.
Многофункциональные антенные системы могут выполняться на основе АР с различной геометрией излучающего раскрыва. Особого внимания заслуживают кольцевые, линейные и плоские решетки, т.к. именно они в настоящее время наиболее часто используются в системах подвижной радиосвязи. Такие антенны образуют сложные излучающие структуры, путем изменения параметров которых возможно решение широкого круга задач, связанных с формированием ДН заданной формы, ЭМС различных радиоэлектронных средств и рядом других задач. В частности, одной из таких задач является несомненно радиофизическая проблема учёта многолучевого характера распространения радиоволн в городских условиях и в условиях пересечённой местности. Адекватным решением этой проблемы могло бы стать формирование многолепестковой ДН с независимой регулировкой фаз лепестков. Развитие существующих на сегодняшний день антенн систем мобильной связи неразрывно связано с разработкой различных алгоритмов оперативного управления характеристиками этих систем.
Анализ типов антенн для перспективных систем подвижной радиосвязи
Ниже проведем обзор антенных систем стандарта GSM, как наиболее распространенного на сегодняшний день в мире. Антенны стандарта GSM работают на открытом воздухе (outdoor) и в закрытых помещениях (indoor).
Основу парка антенн БС сотовой связи составляют секторные (панельные) и всенаправленные (omni) антенны, конструктивно представляющие собой вертикальные ФАР однотипных излучателей. Антенны могут быть одно-, двух- и трехдиапазонные, а так же широкополосные. Секторные антенны используются для формирования многочастотных сот, а всенаправленные в горизонтальной плоскости - одночастотных сот [42].
Всенаправленные антенны обычно используются при необходимости организации покрытия в компактных зонах обслуживания с трафиком, локализованным вокруг БС. Секторные антенны применяются в условиях плотной городской застройки.
Панельные антенны выполняются по двум технологиям - антенны с дипольными излучателями и кабельной разводкой и антенны с печатными излучателями. Антенны с печатными излучателями конструктивно представляют собой совокупность металлизированных площадок, нанесенных на диэлектрическую подложку [43].
Антенны с дипольными излучателями и кабельной разводкой представляют собой систему диполей, которые располагаются над металлическим отражающим экраном. Мощность распределяется между диполями при помощи внутренней разводки из коаксиального кабеля. В качестве излучателей используются вибраторы, полосковые антенны и т.п. При работе в нескольких секторах на одной мачте устанавливаются несколько панелей, ориентированных в необходимых азимутальных направлениях. Требуемые фазовые соотношения между излучателями обеспечиваются с помощью подбора длин схем суммирования и деления. Для подстройки используются как миниатюрные фазовращатели, так и аттенюаторы. С помощью панельных антенн обеспечиваются коэффициент усиления около 7...21 дБ и ширина ДН по уровню половинной мощности от 30 до 150 в горизонтальной плоскости и от 7 до 90 в вертикальной плоскости. Для защиты от внешних воздействий конструкция панельной антенны заключается в корпус из радиопрозрачного материала с герметизацией вводов/выводов.
Направленные антенны различаются по типу поляризации. В настоящее время используются антенны с линейной вертикальной поляризацией и так называемой X -поляризацией. Они широко используются в системах разнесенного приема вместо обычных антенн, разнесенных в пространстве на расстояние, превышающее обычно 20 длин волн (для достижения декорреляции сигналов, принятых каждой антенной). Антенна состоит из двух независимых дипольных систем, дающих наклонную к вертикали поляризацию - одна на +45, а другая на -45. Эти диполи симметрично расположены вдоль отражающего экрана. Распределение мощности между диполями и трансформация импедансов обеспечивается кабельной разводкой с малыми потерями.
Следующим важным этапом развития этой технологии явилось создание двухдиапазонных антенн с Х-поляризацией, работающих в диапазонах частот 870-960 МГц и 1710-1880 МГц для стандартов GSM 900 и GSM 1800 соответственно. В данном случае антенна представляет собой комбинацию из диполей разной длины, настроенных на частоты 900 и 1800 МГц, диполи сгруппированы определенным образом, образуя системы из ромбов и крестов [44].
При установке панельных антенн большое внимание уделяется наклону главного луча антенны от горизонтали в вертикальной плоскости на тот или иной угол. При этом, цель наклона луча - ограничить уровень мощности, излучаемой антенной вдоль линии горизонта, и, тем самым, оптимизировать зону покрытия для данной соты. Так же при проектировании сети может возникнуть проблема сверхпокрытия, т.е. перекрытие площадей двух смежных сот. Если площадь перекрытия достаточно велика, то возрастает частота переключения смежных базовых станций, что перегружает систему в целом. Возможна даже интерференция сигналов от двух удаленных, работающих на одной и той же частоте, базовых станций. Так же если угол наклона луча специально не контролировать, то может оказаться, что максимум первого бокового лепестка может совпасть с направлением на горизонт, что приведет к нежелательному увеличению излучаемой мощности в горизонтальном направлении. Принято считать, что приемлемое ограничение достигается, если уровень излучаемой мощности по линии горизонта ослаблен на 6 дБ относительно максимума. Из диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости легко можно определить требуемый угол наклона луча, исходя из этого критерия.
Простейший метод наклона луча антенны в вертикальной плоскости -использование механического узла для наклона всей антенны. Однако при этом искажается форма ДН антенны в горизонтальной плоскости, появляется зависимость угла наклона и коэффициента усиления антенны от азимута, что не всегда учитывается в сетевом планировании.
Исследование зависимости значений кнд многолепестковой ар от положения лучей
Для анализа зависимости КНД от угла сканирования при формировании многолепестковых ДН введем некоторые определения.
Обозначим через Diy/ максимальный КНД однолучевой АР, луч которой образован пятью парциальными диаграммами и ориентирован по нормали к раскрыву.
В процессе анализа зависимости КНД однолучевой АР от угла сканирования будем использовать понятие теоретического значения КНД Dmeop, численно равного значению КНД однолучевой АР при отклонении на угол в и вычисляемого по формуле: Dmeop = Dvl-cos6, (2.33) Также будем использовать понятие «идеального» КНД многолепестковой АР Dud, значение которого будем рассчитывать по формуле где Ds - КНД s-ro луча (s= 1,... S), 6S - угол отклонения 5-го луча от нормали. Кроме того, будем использовать понятие суммарного КНД Dc, численно равного сумме значений КНД в направлении максимумов каждого из формируемых лучей, т. е. Dc=tDs. (2.35)
Численный анализ выполним на примере плоской АР с параметрами Nx=Ny = 20, х0=у0=0,5Л, весовые коэффициенты сформированных лучей wl=w2=.. = ws=\. Здесь S - количество лучей ДН. Стоит заметить, что при малых углах «разведения» лучей друг от друга (# 17) ДН представляет расширенный луч или расширенный луч с незначительным провалом. КНД системы в таком случае рассматриваться не будет. При формировании одного луча в рассматриваемом примере DV1 = 766.
Если при сканировании однолучевых ДН КНД убывает пропорционально cos в, то в случае двухлучевой ДН при ориентации одного из лучей вблизи нормали к раскрыву, КНД второго луча АР, а вместе с ним и суммарный КНД с увеличением в убывают значительно медленнее. В частности, при в2 =37 теоретическое значение КНД для однолучевого режима D =613, а суммарный КНД в двухлучевом режиме Dc = 650. При дальнейшем отклонении луча от нормали разрыв между Dmeop и Dc увеличивается, так при 92 = 53 D =459, a Dc =553. Однако, стоит отметить, что при этом убывает КНД луча, ориентированного по нормали к раскрыву, причем значения КНД отклоненного и неотклоненного лучей совпадают. То, что превышение суммарного КНД Dc над теоретическим КНД Dmeop по мере отклонения луча от нормали растёт, можно объяснить следующим образом. КНД в направлении s -го лепестка определяется по формуле
При равных уровнях синтезируемых лепестков КНД в направлениях максимумов лепестков будут одинаковы. Изменение КНД при сканировании связано с изменением (увеличением) знаменателя. Последнее обусловлено тем, что ширина лепестка увеличивается обратно пропорционально cos#, а это вызывает увеличение знаменателя выражения для КНД (2.36). Поэтому при отклонении от нормали одного из двух лучей КНД уменьшается медленнее, чем это имеет место в однолучевом режиме. В то же время при одновременном отклонении двух лепестков на угол 0 суммарный КНД в направлении их максимумов убывает пропорционально cos#.
Например, при отклонении лучей на одинаковые углы в{=в2= 30 КНД каждого из них одинаков ( , =D2 =319), Dc =638, при этом Dmeop =663, разница между этими значениями составляет 3,8%. В случае увеличения углов отклонения, разница между Dc и Dm также остается незначительной. При формирования трехлучевой ДН имеет смысл рассмотреть различные случаи.
В первом случае один луч ориентирован по нормали, оставшиеся два луча отклоняются на различные углы, причем 9г увеличивается быстрее, чем в2. Характер изменения КНД в случае трехлучевой АР сходен с характером изменения КНД двухлучевой АР. Так, наблюдается изменение КНД не только отклоняемых лучей, но и луча, ориентируемого по нормали, причем значения КНД каждого из лучей равны между собой. Скорость убывания КНД в направлениях максимумов отклонённых лепестков, по сравнению со скоростью убывания КНД при сканировании однолучевых ДН, различна. При в2 = 23,6 и в3 = 34,5 теоретические значения КНД лучей составляют Dmeop2 - 702 и Dmeop3=631, а суммарный КНД Dc=664 (при этом Д = D2 =D3 =221.3).
Разницу в скорости падения КНД можно объяснить тем, что углы отклонения лучей от нормали различны, и каждый из лучей, расширяясь по-разному, вносит различный вклад в знаменатель выражения для Ds.
В случае, если угол отклонения трёх лучей плоской АР от нормали одинаков, суммарный КНД убывает примерно так же, как теоретический КНД однолучевой ДН, т.е. примерно пропорционально cos#.
Например, при вх=в2=0}=250, получаем с=652, a Dmeop = 694, разница между значениями составляет 6%. При увеличении углов отклонения до 45 разница между суммарным и теоретическим КНД сокращается до 1,2%.
Введённое выше понятие «идеального» КНД даёт возможность сравнить потенциальные характеристики АР в однолучевом и многолучевом режимах. В однолучевом режиме «идеальный» КНД, как видно из (2.33) и (2.34), не зависит от угла сканирования и остаётся равным 1Л. В то же время в многолучевом режиме Dud лишь незначительно меньше Вхл. Так, в случае двухлучевой ДН при 0, =90, вг =30 значение, Dud = 727 а при 0, =90, вг =53 Dud = 738, что всего на 4-5% меньше 1Л=766. В случае трехлучевой АР характер изменения идеального КНД аналогичен. То-есть энергетические возможности решётки при формировании многолепестковых диаграмм рассматриваемым способом используются практически полностью, о чём трудно было бы судить по величине суммарного КНД, значения которого для приведённого выше примера составляли Dc = 675 и Ц. = 533 соответственно.
Матричный синтез многолепестковых диаграмм направленности кольцевой антенной решётки
Покажем возможность регулировки УБЛ путём введения под интеграл весового множителя Т(ф). На рис. 3.2 приведены трехлепестковые оптимизированные ДН в логарифмическом масштабе при ориентации лучей в направлениях (рх = 110, р2 =150, 3 =240. Весовые коэффициенты приняты равными w, =1, w2 = 0,707, w3 = 0,5. Сплошной линией обозначена ДН F(tp) без регулировки УБЛ, пунктирной линией обозначена ДН F\( p) с регулировкой УБЛ введением весового множителя: Т((р) = (3.29) при (0 80)и (260 ?? 360) 1 в остальных случаях ДН кольцевой АР с регулировкой УБЛ и без При этом уровень боковых лепестков понизился на 8-Ю дБ, хотя главные лепестки несколько расширились на 1.
Существует возможность регулировки значений фазовой диаграммы в направлениях формируемых лепестков с помощью одной из модификаций предложенного способа [20,21]. Для этого взвешенную сумму значений ДН п-го элемента АР в S направлениях (fs„) определим из выражения (3.26), в остальном алгоритм нахождения вектора токов не изменяется. Для проведения моделирования к параметрам решетки, приведенным выше, дополнительно примем \/! =0, \/з = 135, а \/2 варьируется в пределах от -180 до 180. На рис, 3.3 приведены графики значений фазовой ДН в направлениях максимумов лучей как функции фазы весового множителя \/2. Из приведённых графиков следует, что при использовании предложенного способа изменение значения фазовой ДН в одном из лепестков (втором) практически не влияет на значения ДН в других лепестках. В регулируемом лепестке (втором) значение фазовой ДН линейно зависит от фазы весового множителя.
При внесении фазовых изменений в лепестки АР, положение, уровень и КНД формируемых лучей может измениться. Для оценки изменения необходимо рассчитывать параметры ДН при различных значениях фазы второго луча щ В таблице 3.2 приведены результаты численного моделирования трёхлучевой ДН кольцевой АР. В столбцах 2-7 приведены параметры АР с внесенными фазовыми изменениями (взвешенная сумма значений ДН п-го элемента АР в S направлениях (fsn) определялась из выражения (3.26) при фиксированных значениях фазы второго луча {ц/2 =0 ,ц/2 = 180 ,i//2 =300 ), и значениями фаз у\ =0, \/3 = 135для первого и третьего луча соответственно. В таблице приведены как результаты при наложении ограничений (столбцы 3,5,7) на сформированную ДН, так и без них (столбцы 2,4,6). В столбце 8 приведены значения ДН, оптимизированной с ограничениями, но без регулировки фаз лепестков. Таблица 3.2 - Параметры ДН кольцевой АР
При внесении фазовых изменений (3.26) в ДН, реализованные уровни лепестков ДН, на которую не наложены ограничения (3.16), (3.17) ниже требуемых уровней лепестков, разница достигает 6%. При наложении ограничений (3.16), (3.17) удается реализовать требуемый уровень лепестков.
При наложении ограничений (3.16), (3.17) суммарный КНД несколько меньше (на 2%), чем суммарный КНД без учета ограничений, что обусловлено особенностями работы алгоритма ограничений [18].
Из таблицы 3.2 видно, что суммарный КНД при оптимизации с ограничениями и без учета регулировки фазовой ДН примерно равен числу излучателей. Однако при оптимизации с ограничениями и регулировкой фазы лепестков, он может стать примерно на 6% больше либо меньше N.
Задача формирования S лепестков линейной АР с числом излучателей N, в каждом канале которой имеется устройство комплексного взвешивания Jn (й = 0,1,..JV),, формулируется следующим образом. Найти JV-мерный вектор столбец Л комплексных амплитуд токов в излучателях, максимизирующий энергетический функционал (3.10). Элементы эрмитовых матриц [А] и [В] порядка N определены выражениями атп=К-А (3-3) Ьтп = \Гт{в)-/п{в)-ъ\Шв, (3.31) о где s
Для моделирования с целью демонстрации возможностей алгоритма выбрана линейная антенная решётке со следующими параметрами: число излучателей N = 36, шаг решетки z0=A/2. Диаграммы направленности элементов принимались в виде: /л(0) = ехр j-k-z0-(n —)cos6 (3.33) где п - номер излучателя (от 0 до п = 0,1,2...N -1).
Комплексные амплитуды токов в элементах АР находились с помощью выражения (3.13). КНД данной АР при равномерном и синфазном возбуждении Ц) равен 36. В таблице 3.3 приведены результаты моделирования трёхлучевой
ДН, при ориентации лучей в направлениях вх = 119,#2 = 47,#3 = 62. Весовые коэффициенты приняты равными wt =w3 =1, w2 =0,707. Во второй колонке таблицы приведены результаты (уровни лучей и соответствующие КНД), полученные при задании fsn в виде (3.5). Реализованные без учета ограничений уровни существенно (до 7%) отличаются от заданных. Заданная ориентация лучей так же реализуется с ошибкой, достигающей 1,7% ширины луча.
Фазовый синтез двухлепестковых диаграмм направленности линейной антенной решётки
На рис. 3.16-3.18 приведены распределения токов в каналах излучателей кольцевой, линейной и плоской АР, вычисленные с учетом наложения ограничений (3.16), (3.17).
Сплошной линией обозначено амплитудное (\J0\) и фазовое (argJ0) распределение распределения токов при формировании двухлучевой АР, а пунктирной - амплитудное (У2) и фазовое (arg72) распределения токов при формировании однолучевой АР. 101
На рис. 3.16 представлены амплитудные (левое поле рис. 3.16) и фазовые (правое поле рис. 3.16) распределения токов в каналах излучателей кольцевой АР. Решетка имеет размерность N = 36, углы ориентации лепестков при формировании двухлучевой ДН рх = 180, р2 =250, в случае однолучевой ДН, луч ориентирован в направлении р0 = 180 .Весовые коэффициенты приняты w, = 1, м г = 0.5 и w0 = 1 для двухлучевой и однолучевой ДН соответственно.
Распределения токов j2 при формировании однолучевой ДН имеют некоторую цикличность, т.е. повторяются по форме на разных участках АР. То же самое можно сказать о фазовых распределениях arg J2. Распределения \JQ\, argJ0, необходимые для формирования двухлучевой ДН, сильно изрезаны и не имеют цикличности. Это можно объяснить интерференцией , возникающей при формировании двухлучевой ДН.
На рис. 3.17 представлены амплитудные (левое поле рис. 3.17) и фазовые (правое поле рис. 3.17) распределения токов в каналах излучателей ЛАР размерностью N = 36. Углы ориентации лепестков при формировании двухлучевой ДН вх =90,92 =67, в случае однолучевой ДН, луч ориентирован в направлении вх = 90. Весовые коэффициенты приняты равными wi = 1, w2 = 0,707 для двухлучевой ДН и w0 = 1 для однолучевой ДН. АР Амплитудные и фазовые распределения при формировании однолучевой ДН практически линейны, за исключением некоторых всплесков амплитуд на границах решетки. Распределения токов, формирующих двухлучевую ДН, сильно изрезаны, что объясняется интерференцией, возникающей при формировании двухлучевой ДН.
На рис. 3.18, 3.19 представлены амплитудные и фазовые распределения токов в каналах излучателей плоской АР размерностью Nx = Ny -15. Для сравнения на графиках изображены распределения для однолучевой АР (кривые j0,argy0), и распределения двухлучевой ДН (кривые ./2,argJ2). Углы ориентации лепестков при формировании двухлучевой ДН вх1=90\ву1=90 вх1=(Л\ву1=%. Для однолучевой ДН выбрано направление вх0 =67, 90 =90. Весовые коэффициенты во всех случаях приняты равными единице. На левом поле рис. 3.18, 3.19 представлены сечения плоскостью п = 7, в правой - сечения плоскостью пх=1.
Фазовое распределение токов плоской АР Проведя анализ рис. 3.18, 3.19 можно сказать следующее. В сечениях плоскостью п = 7 сформированные лучи имеют одну общую координату (вуі=ву2=90), т.е. расположены в пространстве на одной конической поверхности. В правом поле рис. 3.18 представлено амплитудное распределение двухлучевой ДН, (кривая J2). Оно практически совпадает с распределением однолучевой ДН, представленным на том же рисунке (кривая У0). Разницу в амплитудах можно объяснить незначительной интерференцией, возникающей при формировании многолучевой ДН. Представленное на правом поле рис. 3.19 распределение линейиофазное, причем линейнофазность характерна однолучевой и двухлучевой ДН. Иная ситуация наблюдается в сечениях плоскостью п = 7, где лучи расположены не на одной линии и противофазное возбуждение элементов решетки оказывает большее влияние на форму амплитудного и фазового распределений, они оказываются сильно «изрезаны» (кривые \J2\ амплитудного распределения и argJ2 для фазового). Распределение однолучевой ДН У0 имеет гораздо меньше «провалов» за счет меньшей, по сравнению с двухлучевой ДН, интерференции.
Можно сказать, что чем больше отклонение лучей от нормали, и друг от друга по координатам х,у, тем сильнее будет «изрезанность» распределений, вызванная интерференцией при формировании ДН. Распределения трехлучевой 104 ДН рисунками не представлены, однако они имеют схожий характер.
