3. ЭФФЕКТЫ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ И ПОНЯТИЕ БЕСКОНЕЧНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
До сих пор мы говорили только о множителе решетки. Если в качество излучающих элементов антенной решетки используются антенны с неизотропной диаграммой излучения, диаграмму направленности антенной решетки можно представить в виде произведения-множителей элемента и решетки. Это утверждение
основано на предположении о том, что взаимным влиянием элементов антенной решетки можно пренебречь. Теперь мы проверим справедливость этого предположения, в частности для близко расположенных
элементов антенной решетке.
3.1. Недостаточность упрощенной теоретической модели антенной решетки
Если несколько излучающих элементов собраны в антенную решетку, между ними в общем случае возникают взаимные связи. Взаимные связи между элементами в решетке проявляются следующим образом:
1. Сопротивление излучения элемента в антенной решетке отличается От его сопротивления в свободном пространстве и является функцией угла сканирования, т. е. фазировки антенной решетки.
2. Изменяется диаграмма направленности элемента.
3. Возникают искажения в поляризационных характеристиках.
Причина изменения сопротивления излучения элемента в фазированной антенной решетке при сканировании рассмотрена немного ниже. Изменения сопротивления излучения влекут за собой импедансное рассогласование между антенной и линией передачи, которое сопровождается снижением k. п. д. антенной решетки и появлением паразитных лепестков [10, 15, 16]. Для антенной решетки конечных размеров сопротивление излучения элемента и его диаграмма направленности в некоторых пределах зависят также от положения элемепта, поскольку взаимные связи проявляются по-разному для различных элементов (этот вопрос обсуждается в гл. 8). Следовательно, в этом случае принцип перемножения диаграмм направленности может оказаться неприменимым.
Один из явно выраженных эффектов взаимного влияния, наблюдавшийся в экспериментах, показан на рис. 1.9 и 1.10. В диаграммах направленности центральных элементов двух решеток (остальные элементы нагружены на поглощающие сопротивления) появились резкие глубокие провалы. Если же такие волноводные элементы установить на металлической плоскости отдельно, в отсутствие каких-либо других элементов, резких провалов не наблюдается: диаграмма направленности оказывается достаточно гладкой. Следовательно, наблюдаемое различие между диаграммами направленности антенного элемента при наличии и отсутствии окружающей его аптенной решетки является результатом взаимного влияния элементов.
Важность этого явления можно оценить, анализируя следующую ситуацию. Пусть возбуждается полностью вся антенная решетка, причем основной луч отклоняется до направления, соответствующего появлению резких провалов в диаграмме. В этом случае центральный элемент (а также большинство других
элементов антенной решетки) оказывается неспособным излучать сколько-нибудь существенную часть получаемой энергии, в результате чего возникает резкое рассогласование между раскрывом антенны и цепями питания.
Рис. 1.9. Диаграмма направленности в
-плоскости центрального элемента антенной решетки из 19 X 19 квадратных волноводов.
Рис. 1.10. Диаграмма направленности в
-плоскости центрального элемента антенной решетки из
нрнмоугольных. волноводов (треугольная сетка).
Фактически почти вся поступающая мощность будет отражаться. Большие, антенные решетки при таких углах сканирования попадают в режим, называемый «ослеплением». Необходимо отметить, что «слепые» направления сканирования имеют место в действительном пространстве только в том
случае, когда диаграмма направленности имеет один основной лепесток (отсутствуют дополнительные главные лепестки). Эффект ослепления сужает допустимый сектор сканирования антенной решетки. В последующих, главах мы будем неоднократно обсуждать проблему «слепых» пятен.
В упрощенной теории антенных решеток нельзя ни объяснить, ни предсказать разнообразные эффекты взаимного влияния. Поэтому для количественного анализа и выяснения принципов работы ФАР необходимо разработать более точную теоретическую модель.