Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 [46] 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

ориентация вектора Е остается неизменной, а поляризационная диаграмма представляет собой прямую линию.

Круговая поляризация отличается тем, что вектор Е, имеющий постоянную амплитуду, вращается с постоянной угловой скоростью вокруг направления распространения. При этом конец вектора описывает окружность. Период вращения равен периоду электромагнитного колебания. У эллиптически поляризованной волны конец вектора Е описывает при вращении эллипс. При этом модуль вектора Е и угловая скорость его вращения претерпевают периодические изменения за период вращения.

В зависимости от того, изменяются параметры поляризационной диаграммы с течением времени или остаются постоянными, электромагнитные волны делят на три группы: полностью поляризованные, частично поляризованные и не-поляризованные, Полностью поляризованной называется волна с неизменными во времени параметрами поляризации. При наличии непрерывных относительно медленных изменений параметров поляризационной диаграммы (время, необходимое для заметного изменения параметра, во много раз превышает период высокочастотных колебаний) электромагнитную волну называют частично-поляризованной. Не-поляризованная или хаотически поляризованная волна характеризуется быстрыми флуктуациями вектора Е как по модулю, так и по направлению вращения, В этом случае поляризационная диаграмма принимает все возможные формы и ориентации, вследствие чего выделить какое-либо преимущественное ее положение не представляется возможным.

Проекции ех и еу вектора Е на ортогональные оси координат Ох и Оу (рис. 6.2) можно представить в виде

ех - Ех cos (aat + cpj, (6.2.1а)

еу = Еу cos (ccV + %). (6.2.16)

При изменении соотношения амплитудных составляющих колебаний (Ех и Еу) и фазового сдвига между ними (Дср= - Ф* - Фг/) можно получить поляризацию любого вида. Так, если Дф равно 0 или я, то имеет место линейная Поляризация. Если при этом Ех - О, Еу Ф 0 или Ех Ф О, Еу = 0, то получаются вертикальная и горизонтальная поляризация соответственно. Когда же Ех Ф О, Еу Ф 0, а Дф = О, будет линейная поляризация ориентации а, где угол а между осью Ох и вектором Е определяется равенством tg а = 278

= Еу/Ех. Если разность фаз колебаний равна нечетному числу л/2, т. е. Дф = (2л+ 1)я/2, где п-целое число, и Ех = Еу, то образуется круговая поляризация. В тех случаях, когда О < Дф < 0,5 я или Ех Ф Еу, а также при одновременном выполнении указанных условий формируется эллиптическая поляризация. Случайные изменения величин Дф, Ех и Еу приводят к возникновению хаотической поляризации.

При. различии поляризации каких-либо сигналов или сигнала и помехи можно, используя поляризационные селекторы (фильтры), отделить один сигнал от другого или существенно ослабить помеху и тем самым добиться более надежного выделения полезной информации,

2. Параметры эллипса поляризации

Эллиптическая поляризация электромагнитной волны является наиболее общим видом поляризации, из которого как частные случаи могут быть получены линейная и круговая поляризации.

Эллипс поляризации определяется его формой, ориентацией осей относительно выбранной системы координат хОу (рис. 6.2) и направлением вращения вектора Е. Форму эллипса обычно характеризуют коэффициентом эллиптичности кэл, абсолютное значение которого равно отношению малой Ь и большой а полуосей эллипса

Кзл = Ыа. (6.2.2)

Значения модуля /сэл ограничиваются очевидными пределами: 0 кэл 1. В зависимости от направления вращения вектора Е коэффициенту эллиптичности придают тот или иной знак. Если при наблюдении от источника вдоль направления распространения волны вектор Е вращается по часовой стрелке, то волна называется правополяризован-ной и /сэл считается положительным. При вращении вектора против часовой стрелки волна называется левополяризован-ной и /сэл отрицательный.

Наряду с коэффициентом кэп для характеристики формы эллипса и направления вращения вектора Е используется угол эллиптичности

а = arctg кэл (6.2.3)

при условии - 0,25я а 0,25я.




Рис. 6.2.

Угол а равен половине угла между диагоналями прямоугольника, стороны которого касательны к эллипсу и параллельны его осям (рис. 6.2). При указанном выше условии значение угла а определяет однозначно форму эллипса, а его знак- направление вращения.

Ориентация эллипса определяется значением угла р, образованного осью Ох выбранной системы координат и большой осью эллипса; при однозначном определе-значения р лежат в пределах

нии положения эллипса

Переход от составляющих поля в прямоугольной системе координат к параметрам эллипса и обратно осуществляется по приводимым ниже формулам, которые могут быть получены с помощью простых тригонометрических преобразова ний. Если заданы параметры эллипса а, кэл и р\ то

Ех = а (cos2 р.+ кэл sin2 p)o.s > £„ = fl(sin2p + <cM cos2 6)0.5,

дф = фн -фд.----*" 2к*

= arctg

sin ДФ=2кал/(1 со8Дф = (1 кл)/(1+/сл)

(1-кэл) sin 20

(6.2.4)

При заданных Ех, Еу и Дф получим

J EblnP-ЕхЕу sin 2Рcos Аф+£соз»р \05 fi 2 & \ £2 cos3 р + £ЖЕУ sin 2Д cos Дфsin2 (3 /

(6.2.56)

р J arc{g 2£V£y£osA£ 2 r.2 a

Указанные преобразования оказываются полезными при решении ряда практически важных задач (например, при оценке параметров результирующего колебания на входе приемной антенны при одновременном существовании двух независимых волн различной поляризации).

3. Поляризационные селекторы

Любой приемный антенно-фидерный тракт является поляризационным селектором. Мощность сигнала на выходе этого селектора зависит (при прочих равных условиях) от поляризации приходящей электромагнитной волны. Рассмотрим в качестве примеров два типовых варианта антенно-фидерного тракта. Вариант первый включает параболическое зеркало, облучаемое круглым волноводом. Составными частями волноводного облучателя являются (рис. 6.3): отрезок круглого волновода (а) с диэлектрической пластинчатой вставкой, длина которой составляет 0.25Х; переходная секция от круглого к прямоугольному волноводу (б); отрезок прямоугольного волновода (в), к которому с помощью антенного переключателя могут подсоединяться передатчик и приемник РЛС. Допустим, что прямоугольный волновод подсоединен к передатчику и в нем создается вертикально поляризованная волна типа Я01 (вектор Е0 перпендикулярен широкой стенке волновода). В круглом волноводе будет возбуждаться волна типа Нп. Для оценки влияния секции с диэлектрической вставкой вектор Е0 следует разложить на две ортогональные составляющие. Одна из них (Ех) лежит в плоскости вставки, а вторая (Ец) перпендикулярна Еж. Составляющая Еу практически не претерпевает изменений (если не считать незначительного уменьшения амплитуды из-за потерь энергии в ди-

Рис. 6,3.




электрике) при прохождении через секцию со вставкой. Составляющая же Е. получит -отставание по фазе на 0,5 я. Таким образом если на входе антенно-фидерного тракта напряженность электрического поля характеризуется вектором с линейной поляризацией и мгновенным значением Е0 cos co0/, то после фазосдвигающей секции ортогональные составляющие поля оказываются соответственно равными

Ех - Е0 sinasinco0/, (6.2.6а)

Еу = EQ cos a cos (a0l, (6.2.66)

где а - угол поворота диэлектрической пластины относительно плоскости, перпендикулярной оси Ох.

Поле, определяемое формулами (6.2.6), в общем случае является эллиптически поляризованным. При плавном изменении угла а от 0 до 0,5я (поворот секции со вставкой вокруг оси ОО) коэффициент эллиптичности волны будет изменяться от 0 до 1. Для а = 0 и а = 0,5я имеет место линейная вертикальная поляризация, а при а == 0,25я образуется круговая поляризация. Можно считать, что поляризация излученного антенной сигнала не изменяется зеркалом антенны в процессе формирования диаграммы направленности (хотя бы в пределах основного лепестка).

Изложенное выше позволяет считать, что антенна характеризуется поляризационной диаграммой, соответствующей поляризации излучаемой волны. Для рассмотренной антенны справедлив принцип взаимности по поляризации, т. е. поляризационная диаграмма остается одинаковой и на прием и на передачу, причем наилучшим образом принимаются волны той поляризации, которой характеризуются излучаемые волны.

Рассмотренное антенно-фидерное устройство ведет себя как поляризационный селектор при приеме волн различной поляризации. Если, например, принять а = 0,25я, то в соответствии с формулами (6.2.6) излучается волна круговой поляризации правого вращения. Это же устройство не пропустит вол ну круговой поляризации, но левого вращения. Действительно, пусть на пути распространения излученной волны имеется тело симметричной формы, например металлический шар, радиус которого значительно больше длины волны. При отражении от шара фазовый сдвиг между составляющими поля Ех и Ev не изменяется, остается волна круговой поляризации, но из-за поворота на 180° направле-282

пия распространения волны она становится левополяризо-ванной и ортогональной по отношению к излученной. Составляющая Еу вектора Е0 пройдет через секцию с диэлектрической вставкой без изменения; ее можно записать в виде

Еу = кЕи cos--cos (й0/.

Здесь к - коэффициент, учитывающий изменение амплитуды Еи при распространении. Составляющая Ех получит дополнительное запаздывание по фазе на 0,5л и будет равна

Ех = - кЕ0 sin - cos со01. 4

Результирующее поле Е2 (рис. 6.4) на выходе круглого волновода будет иметь линейную поляризацию и оказывается ориентированным горизонтально, поэтому волна не сможет пройти через прямоугольный волновод, которым заканчивается селектор.

Наоборот, если бы принимаемая волна была правого вращения, то она без потерь прошла на выход селектора. Так, для случая, когда излучаемая волна характеризуется формулами (6.2.6), для отраженной волны правого вращения следовало бы изменить фазу, например, составляющей Ех ~-на я, т. е.

Еу - кЕ0 cos - cos <в01,

Ех = кЕй sin - sin (со0/ - л).

После фазосдвигающей секции селектора

Еу = кЕ0 cos - cos со01, 4

Ех = кЕв sin - cos со01.

Результирующее поле является вертикально поляризованным, и сигнал без потерь проходит к приемнику.

Второе из рассматриваемых технических решений представляет собой сочетание любой из антенн с линейной поляризацией и поляризационной решетки, называемой также поляризационным фильтром. Поляризационная решетка



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 [46] 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82



0.0013