где ρ - расстояние от центра до произвольной точки в раскрыве; b - постоянный коэффициент.
Подбором постоянных параметров таких функций можно в широких пределах управлять видом возбуждающей функции. В частности, на большей части раскрыва они будут представлять распределение, близкое к равномерному. При этом уровень дальних боковых лепестков будет мал, а КИП антенны достаточно высок. Однако это реализуется только при очень больших апертурах, вследствие чего на практике такие распределения могут быть полезными только для антенн с очень большим раскрывом.
Более сложной задачей, чем нахождение поля в области, примыкающей к направлению максимального излучения, является отыскание распределения интенсивности излучения в области дальнего бокового излучения, обусловленного дифракционными явлениями на краях антенны. Дело в том, что в этой области формирование поля в большой степени зависит от конкретной схемы антенны, особенностей ее конструктивного выполнения, близко расположенных тел, например, зданий, сооружений и т. п. Интенсивность дифракционного поля может быть оценена методом геометрической теории дифракции (ГТД).
Другой путь снижения поля в заднем полупространстве состоит в использовании специальных экранов, ослабляющих рассеянное поле. Этот способ можно проиллюстрировать на примере рупорной антенны. В обычной конструкции рупора дифракция поля на кромках раскрыва рупора создает определенное излучение в заднем полупространстве антенны (рис. 24, а). На рисунке 24, бпоказан тот же рупор со специальными экранами.
Рисунок 24. Использование специальных экранов
Экраны выполнены в виде части поверхности параболического цилиндра, фокальные линии которого совмещены с кромками рупора. В такой схеме заметно снижается уровень излучения в заднем полупространстве, но конструкция получается слишком сложной.
В зеркальных антеннах могут быть использованы более простые плоские экраны. Использование одного экрана позволяет уменьшать уровень поля в заднем полупространстве на 8...14 дБ.
Два последовательно расположенных экрана обеспечивают уменьшение уровня поля на 20...25 дБ. Эти экраны могут выполнятьcя из листового металла или густой проволочной сетки, причем жестких требований к точности выполнения и установки экранов не предъявляются.
Еще один путь снижения интенсивности дифракционных полей основан на деформации контура раскрыва антенны. Так, если контур раскрыва представляет окружность с центром, лежащим на фокальной оси параболоида, все точки контура возбуждаются синфазно, что обуславливает высокий уровень дифракционного поля в направлении θ = 180°. Для уменьшения уровня этого поля необходимо придать кромке параболоида такую форму, при которой парциальные дифракционные поля, возбуждаемые отдельными участками кромок, были бы расфазированы в направлениях, близких к θ = 180°. На рис. 25 приведены различные типы расфазирующих кромок (спиральная, треугольная, лепестковая). Они уменьшают излучение в направлениях, близких к θ = 180°, на 5...6 дБ.
Рисунок 25. Различные типы расфазирующих кромок
Как известно, антенны, в раскрыве которых распределение поля спадает к краям до нуля, имеют пониженный УБЛ, в том числе лепестков в заднем полупространстве. Распределение поля в апертуре будет близко к распределению с нулем на краю зеркала, если периферийная часть отражающей поверхности антенн покрыта радиопоглощающим материалом. Однако отсутствие эффективных и недорогих поглощающих материалов не позволяет широко применять подобные устройства. Поэтому легче добиться снижения дальнего бокового излучения антенны, который связан с выполнением периферийной части поверхности антенны не из радиопоглощающего, а из частично радиопрозрачного материала. Наиболее просто такой материал выполнить в виде металлического листа, поверхность которого перфорирована отверстиями. Изменяя размеры отверстий и их плотность расположния, можно добиться уменьшения интенсивности рассеянного поля (рис. 26).
Рисунок 26. Уменьшение интенсивности рассеянного поля с помощью металлического листа с перфорированными отверстиями
В заключение отметим, что на дальнее боковое излучение антенн (впрочем, как и ближнее) оказывает влияние наличие случайных ошибок амплитудно-фазового распределения, обусловленных, например, технологическими погрешностями выполнения профиля зеркала.
Применяемые на РРЛ для спутниковой и космической радиосвязи осе несимметричные антенны, такие как рупорно-параболические (РПА), антенны с вынесенным излучателем (АВО), обладают достаточно хорошими защитными свойствами - хорошей ЭМС. Принятие дополнительных мер позволяет еще более усиливать защитное действие этих антенн.
Один из способов заключается в создании в раскрыве РПА распределения поля, сильно спадающего к краям. Для этого необходимо изменить характеристики излучения питающего рупора. Так, если в питающем квадратном волноводе наряду с основной волной Н10 возбудить две гибридные волны типа ЕН, то можно обеспечить в раскрыве седлообразное распределение поля с крутыми скатами на краях. К аналогичным результатам приводит использование вместо обычного облучающего рупора гофрированного рупора или рупора с изломом.
Антенны с вынесенным облучателем, выполненные по закрытой схеме, защищены с боков, как и РПА, экранирующими стенками. По помехозащищенности такие антенны примерно равнозначны РПА. Конструктивно проще АВО, сделанные по открытой схеме, когда отсутствуют экранирующие боковые стенки и элементы защиты раскрыва от атмосферных осадков. Помехозащищенность открытых АВО в основном определяется направленными свойствами облучателя и при рациональном проектировании может быть не меньше помехозащищенности РПА. Наилучшим облучателем для АВО является расфазированный рупор с изломом образующей, поворотом оси и косым срезом.
Для уменьшения бокового излучения и увеличения защитного действия одно- и двухзеркальных осесимметричных антенн применяют различного рода защитные экраны. На рис. 27, а показан установленный по контуру антенны цилиндрический экран (бленда), позволяющий существенно (на 5...10 дБ) снижать дальнее боковое излучение и излучение в заднем полупространстве. Длину экрана обычно подбирают так, чтобы уровень возбуждения его кромки был близок к нулю. Уменьшение излучения в задних квадрантах можно обеспечить также скруглением периферийной части поверхности зеркала (рис. 27, б). Для улучшения ЭМС рассматриваемых антенн, как указывалось в начале данного параграфа, применяются также расфазировки кромочных токов.
Рисунок 27. Методы снижения бокового излучения
Заметное снижение помехозащищенности зеркальных антенн обусловлено уровнем кроссполяризационного излучения. Наибольший уровень этого излучения наблюдается в диагональных плоскостях, составляющих угол 45° с главными плоскостями Е и Н. Уровень кроссполяризационного излучения может быть ослаблен выбором типа облучателя, а также подавлением перекрестной составляющей после ее излучения. Для этого используются зеркала в виде однолинейной проволочной сетки, наклеенной на поглощающий материал, благодаря чему подавляется поперечная кроссполяризационная составляющая поля антенны. Провода однолинейной сетки могут располагаться в этом раскрыве зеркала перпендикулярно основной поляризации; в этом случае их целесообразно выполнять из поглощающего материала. Такая сетка может затенять только те участки зеркала, которые максимально возбуждают кроссполяризационное излучение (участки под углом 45° к плоскости подавления, занимающие примерно одну треть площади раскрыва).
Для увеличения помехозащищенности применяемых на РРЛ перископических антенн кроме мер, указанных ранее, следует так подбирать размеры излучателя (при заданных высоте опоры и диаметре переизлучателя), чтобы обеспечивалась малая утечка энергии на участке излучатель - переизлучатель. Дополнительное повышение помехозащищенности может быть обеспечено при отнесении излучателя от основания опоры. При этом возбуждается только часть опоры, непосредственно примыкающая к верхнему зеркалу.
Определенное влияние на помехозащищенность оказывает тип опоры. Наименьшее влияние оказывает опора в виде сплошной круглой гладкой трубы. Решетчатая опора представляет собой периодическую решетку, что при скользящем падении электромагнитной волны приводит к формированию интенсивного излучения самой опоры.
Ослабление излучения антенн в одном или нескольких заранее известных направлениях возможно с помощью вынесенных защитных экранов. Они располагаются перед антенной по направлению мешающего сигнала.
Различают простые, фигурные (односвязные) и многосвязные защитные экраны. К простым экранам можно отнести кольцевые и секторные. При использовании кольцевых экранов поле в точке приема имеет три слагаемых: прямое поле источника, поле дифракции на внутренней кромке кольца и поле дифракции на внешней кромке. При внутреннем радиусе кольца, равном радиусу первой зоны Френеля, и внешнем - радиусу второй зоны (рис. 28, а), кольцевой экран может существенно усилить поле в направлении оси системы «источник излучения - кольцевой экран». При других размерах можно получить обратный эффект - глубокое подавление излучения. Сумма трех указанных выше полей, имеющих равную амплитуду, при разности фаз между ними в 120° равна нулю.
Рисунок 28. Простые экраны (кольцевые, секторные)
Радиус секторного экрана должен быть равным радиусу первой зоны Френеля. Экраном нужно затенить половину первой зоны Френеля, чтобы получить нулевое значение результирующего поля на оси системы. Этот результат имеет ясное физическое толкование. Как известно, суммарное поле излучения всех зон Френеля, начиная со второй, вносит вклад, равный -Е0, а вклад первой зоны Френеля равен +2 Е0. Поэтому достаточно затенить половину первой зоны, чтобы получить нулевое значение результирующего поля на оси системы. При этом форма секторального экрана может быть различной (рис. 28, б - г).
Использование вышеперечисленных экранов позволяет существенно снижать уровень побочного излучения антенны, но все они обладают тем недостатком, что сектор подавления излучения сравнительно невелик. Для расширения сектора подавления излучения используют многосвязные экраны. На рис. 29, а и б показаны соответственно многокольцевой и многощелевой защитные экраны.
Рисунок 29. Многокольцевой и многощелевой защитные экраны
Следует отметить, что в многосвязных экранах существует некоторая свобода выбора геометрических параметров (например, радиусов колец). Это может использоваться для расширения сектора подавления либо оптимизации системы, например, обеспечения заданной формы ДН в теневой области за экраном.