АНАЛИЗ ФАЗОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАПРАВЛЕННОСТИ АНТЕНН С ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ

January 14, 2013 by admin Комментировать »

Аннотация – Исследованы фазовые характеристики направленности антенны с эллиптической поляризацией излучения, выполненной в виде тонкопроволочной цилиндрической спирали. Предлагается метод вычисления локального фазового центра антенны и анализируется его изменение от координат точки наблюдения, геометрических параметров спирали и частоты возбуждения.

I.                                       Введение

Одной из основных проблем развития современных радиосистем различного назначения является повышение их эффективности, вкпючая повышения качества и надежности радиосвязи, увеличение скорости передачи информации и др. При этом на первый план выходят задачи пространственно- временной обработки сигналов [1,2], учитывающие векторный характер электромагнитного поля. Особая роль при этом отводится созданию оптимальных антенных систем. Такой подход требует более детального исследования характеристик направленности антенн, особенно фазовых и поляризационных. Традиционно вопросам исследования этих характеристик для антенн с эллиптической поляризацией излучения уделяется мало внимания, ограничиваясь предположением о формировании антенной в дальней зоне сферического фронта и выделением ортогональных линейных и круговых поляризационных составляющих [3].

С целью восполнить указанный пробел в данной работе исследуются фазовые характеристики антенны с эллиптической поляризацией излучения, вкпючая определение локального фазового центра антенны и анализ его изменения от координат точки наблюдения, геометрических параметров антенны и частоты ее возбуждения.

II.                              Основная часть

Анализ характеристик произвольной антенны основан на исследовании формируемого ею электромагнитного поля, которое, в общем случае, пропорционально ее векторной комплексной хаоактеоисти- ке направленности

– учитывает соответственно амплитудную, поляризационную и фазовую характеристику направленности антенны в зависимости от координат точки наблюдения θ(ί?,φ,θ)· Для антенн эллиптической поляризации вектор β{R,φ,θ) В точке Q, обычно раскпадывается на ортогональные поляризационные составляющие, например, в линейном е или круговом е„р,ё„з^ поляризационном базисе. С учетом вышесказанного поле излучения произвольной антенны на расстояниях R, при которых возможно пренебречь продольной составляющей вектора Е , можно записать в виде [3]

^Проценко М. Б., ^Нестерук С. В.

Одесская национальная академия связи им. А. С. Попова ул. Кузнечная, 1, г. Одесса, 65029, Украина тел.: (0482) 238-345, 207-740, e-mail: m_protsenko@mai.ru, М. Protsenko@onat.edu.ua Севастопольский национальный технический университет Бухта Стрелецкая, Студгородок, г. Севастополь, 99053, Украина тел.: (0692) 235-233, e-mail: rt.sevgtu@stel.sebastopol.ua

где Eg~4(R,9,0)exp[jTg(R,9,e)] – амплитуднофазовая характеристика направленности антенны на соответствующей ортогональной поляризационной составляющей поля излучения.

Представление электромагнитного поля в виде

(1)   позволяет выделить фазовые характеристики направленности ψ^(/?,φ,θ) и на их основе произвести

расчет фазового центра (локального фазового центра) антенны и проанализировать его изменение в пространстве.

В качестве исследуемой антенны эллиптической поляризации выбрана цилиндрическая спираль, ортогонально расположенная над проводящем экраном. Анализ характеристик антенны основан на предварительном вычислении функции амплитуднофазового распределения тока вдоль излучающего проводника обобщенным методом наводимых ЭДС (метод моментов) [4]. Дальнейший расчет амплитудных и фазовых характеристик направленности антенны для ортогональных поляризационных составляющих поля осуществлен с использованием основных расчетных соотношений того же метода, что позволило проводить вычисления на произвольных расстояниях Я? до точки наблюдения Q.

С использованием данной методологии произведено численное моделирование амплитудных и фазовых характеристик направленности антенны. Некоторые характерные результаты, соответствующие расстоянию дальней зоны, изображены на рис.1.

Рис. 1. Амплитудные и фазовые характеристики направленности цилиндрической спиральной антенны.

Fig. 1. Amplitude and phase far field patterns of cyiindricai spiral antenna

Соотношения между геометрическими параметрами цилиндрической спирали и частоты ее возбуждения выбраны таким образом, чтобы в осевом направлении антенны сформировалось поле с максимальным коэффициентом эллиптичности (поляризация близкая к круговой). Согласно представленным зависимостям можно сформулировать следующие выводы:

–         фазовые характеристики направленности цилиндрической спиральной антенны не соответствуют сферическому фронту волны;

–         в виду сложного характера изменения фазовых характеристик направленности антенна не обладает фазовым центром в строгом понимании этого термина и следует искать положение локального фазового центра в ограниченном секторе углов.

Для нахождения локального фазового центра в работе предлагается метод расчета, основанный на последовательных построениях окружностей, проходящих через три близко расположенные точки. Суть метода состоит в следующем:

–         на основании рассчитанных фазовых характеристик направленности ψ^(ί?,φ,θ) формируется

массив данных

–         составляется и решается система уравнений,

относительно неизвестных параметров окружности Xo.Zo.Ro Уо-Zo.Ro ’ где Хо-Уо-Ζο – координаты локального фазового центра, а                                                                        – проекции ра

диуса кривизны фазовой характеристики на соответствующие оси ОХ и ΟΥ.

На основании данного метода проведены расчеты локального фазового центра антенны в зависимости от координат точки наблюдения, геометрических параметров спирали и частоты возбуждения. Некоторые результаты расчетов изображены на рис.2.

Рис. 2. Зависимости локального фазового центра антенны от положения точки наблюдения.

Fig. 2. Antenna local phase center as a function of observation point position

Особенностью представленных результатов является существенное изменение положения локального фазового центра антенны даже в пределах ширины главного лепестка амплитудной характеристики направленности, что необходимо учитывать при построении оптимальных антенных систем.

III.                                  Заключение

Таким образом, проведенные исследования позволили выделить особенности изменения фазовых характеристик направленности антенн с эллиптической поляризацией излучения, рассчитать и проанализировать положение локального фазового центра цилиндрической спирали. В докладе также предлагаются для обсуждения рекомендации для построения оптимальных антенных систем (зеркальные антенны, многолучевые фазированные антенные решетки).

IV.                          Список литературы

[1] Коростылев А. А. Пространственно-временная теория радиосистем. – М.: Радио и связь, 1987. – 320 с.

[2] Пространственно-временная обработка радиосигналов / И. Я. Кремер, А. И. Кремер, В. М. Петров и др. – М.: Радио и связь, 1984. – 224 с.

[3] Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высш. шк., 1988.-432с.

[4] Коротковолновые антенны /Г. 3. Айзенберг, С. П. Белоусов, Э. М. Журбенко и др.. Под ред. Г. 3. Айзенберга. – М.: Радио и связь, 1985. – 536 с.

ANALYSIS OF PHASE FAR FIELD PATTERN FOR ANTENNAS WITH ELLIPTICAL POLARIZATION

Vrotsenko M. B., ^Nesteruk S. V.

^Odessa National Academy of Communication Kuznechnaya Str 1, Odessa, 65029, Ukraine Ph.: (0482) 238-345, 207-740, e-mail: m_protsenko@mai.ru,

M. Protsenko@onat.edu.ua ^Sevastopol National Technical University

Bukhta Streletskaya, Sevastopol, 99053, Ukraine Ph.: (0692) 235-233, e-mail: rt. sevgtu@stel. sebastopol. ua

Abstract – Phase far field patterns of the cylindrical spiral antenna are examined. The method of local phase center position calculation is proposed. Method to calculate the antenna local phase center is proposed and dependence of position the antenna local phase center upon observation point is also examined.

I.                                         Introduction

The necessity of optimal antenna systems with processing space-time vector signals requires the detailed investigation of the antenna far field patterns particularly phase and polarization patterns [1,2]. Traditionally the question of design antennas with elliptically polarized radiation attracts little attention in literature [3]. The present paper is aimed to fill this gap.

II.                                        Main Part

The electromagnetic field representation (1) allows extracting the phase far field pattern ‘¥^{R,ψ,θ) and to calculate the position of the local phase center and to analyze its motion in space. The results of calculation the amplitude and phase far field patterns for cylindrical spiral antenna are shown in Fig.1. The method to calculate the antenna local phase center position based on numerical analysis of antenna’s characteristics and is proposed in the paper. The results of calculations are shown in Fig. 2.

III.                                       Conclusion

The analysis performed found characteristic features of phase far field patterns of cylindrical spiral antenna, gives possibility to calculate and analyze the position of antenna local phase center. Discussion recommendations for construction the structure of optimum antenna systems (reflector antennas, multibeam phased antenna arrays) are given in the paper as well.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты