ДН линейной антенны с постоянным распределением тока. Соотношение неопределенности, уровень боковых лепестков.
Пусть распределение тока вдоль длины антенны является постоянным:
Рис. 4.2.
Реальные антенны, (например, волноводно-щелевые ) или печатные антенные решетки часто имеют именно такое токовое распределение. Вычислим диаграмму направленности такой антенны:
Теперь построим нормированную ДН:
(4.1.)
Рис. 4.3 Диаграмма направленности линейной антенны с равномерным токовым распределением
В этой диаграмме направленности можно выделить следующие участки:
1) Главный лепесток – участок диаграммы направленности, где поле максимально.
2) Боковые лепестки.
На следующем рисунке представлена диаграмма направленности в полярной системе координат, в которой имеет более наглядный вид (рис.4.4).
Рис. 4.4 Диаграмма направленности линейной антенны с равномерным токовым распределением в полярной системе координат
Количественной оценкой направленности антенны принято считать ширину главного лепестка антенны, которая определяется либо по уровню -3 дБ от максимума либо по нулевым точкам. Определим ширину главного лепестка по уровню нулей. Здесь приближенно можно считать, что для остронаправленных антенн: . Условие равенства нулю множителя системы можно приближенно записать таким образом:
Учитывая, что , последнее условие можно переписать таким образом:
Для больших значений электрической длины антенны (для малых значений полуширины главного лепестка антенны), с учетом того, что синус малого аргумента приближенно равен значению аргумента, последнее соотношение можно переписать в виде:
Откуда окончательно получим соотношение, связывающее ширину главного лепестка и размер антенны в долях длины волны:
Из последнего соотношения следует важный вывод: для синфазной линейной антенны при фиксированной длине волны увеличение длины антенны приводит к сужению диаграммы направленности.
Оценим уровень боковых лепестков в данной антенне. Из соотношения (4.1) можно получить условие углового положения первого (максимального) бокового лепестка:
(-13 дБ)
Оказывается, что в этом случае уровень боковых лепестков не зависит от длины антенны и частоты, а определяется только видом амплитудного распределения тока. Для уменьшения УБЛ следует отказаться от принятого вида амплитудного распределения (от равномерного распределения), а перейти к распределению, спадающему к краям антенны.
5. Линейная антенная решетка