Боковые лепестки

Не путать с боковыми полосами .

Типичная диаграмма направленности направленной антенны в полярной системы координат представлении с боковыми лепестками. Радиальное расстояние от центра представляет силу сигнала.

Типичная диаграмма направленности антенны в декартовой системе координат с боковыми лепестками.

В антенной технике боковые лепестки — это лепестки (локальные максимумы) диаграммы в дальнем поле направленности антенны или другого источника излучения , которые не являются основным лепестком .

Диаграмма направленности большинства антенн представляет собой структуру из « лепестков » под различными углами, направлениями, в которых мощность излучаемого сигнала достигает максимума, разделенных « нулями », углами, при которых мощность излучаемого сигнала падает до нуля. Это можно рассматривать как дифракционную картину антенны. В направленной антенне , цель которой состоит в излучении радиоволн в одном направлении, лепесток в этом направлении спроектирован так, чтобы иметь большую напряженность поля, чем другие; это « главная доля ». Остальные лепестки называются « боковыми лепестками » и обычно представляют собой нежелательное излучение в нежелательных направлениях. Боковой лепесток, расположенный непосредственно за основным лепестком, называется задним лепестком . Чем длиннее антенна относительно длины волны радиосигнала , тем больше лепестков имеет ее диаграмма направленности. В передающих антеннах чрезмерное излучение боковых лепестков приводит к потере энергии и может вызвать помехи в работе другого оборудования. Еще одним недостатком является то, что конфиденциальная информация может быть получена непреднамеренными получателями. В приемных антеннах боковые лепестки могут улавливать мешающие сигналы и увеличивать уровень шума в приемнике.

Плотность мощности в боковых лепестках обычно намного меньше, чем в дальнем. Обычно желательно минимизировать уровень боковых лепестков (SLL), который измеряется в децибелах относительно пика главного луча. Главный лепесток и боковые лепестки используются как для передачи, так и для приема. Понятия главного и боковых лепестков, диаграммы направленности, формы апертуры и взвешивания апертуры применимы к оптике (еще одна ветвь электромагнетизма) и в областях акустики , таких как конструкция громкоговорителей и гидролокаторов , а также конструкция антенн.

антенны в дальней зоне Поскольку диаграмма направленности представляет собой преобразование Фурье ее распределения апертуры, большинство антенн обычно имеют боковые лепестки, если только распределение апертуры не является гауссовым или если антенна настолько мала, что не имеет боковых лепестков в видимом пространстве. Антенны большего размера имеют более узкие основные лучи, а также более узкие боковые лепестки. Следовательно, антенны большего размера имеют больше боковых лепестков в видимом пространстве (по мере увеличения размера антенны боковые лепестки перемещаются из исчезающего пространства в видимое пространство).

Боковые лепестки для случая равномерно освещенной апертуры

Для антенны с прямоугольной апертурой, имеющей однородное распределение амплитуды (или равномерное взвешивание), первый боковой лепесток составляет -13,26 дБ относительно пика главного луча. Для таких антенн диаграмма направленности имеет канонический вид

$\displaystyle {\text{Radiation pattern (in units of dB)}}\propto 20\log _{10}\left|{\frac {\sin X}{X}}\right|$

( 1 )

Простые подстановки различных значений X в каноническое уравнение дают следующие результаты:

Х	Диаграмма направленности	Объяснение
0	0 дБ	вершина дальнего света
$\displaystyle 3.14=\pi$	−∞ дБ	первый ноль
$\displaystyle 4.49\approx {\frac {3\pi }{2}}$	−13,26 дБ	пик первого бокового лепестка
$\displaystyle 6.28=2\pi$	−∞ дБ	второй ноль
$\displaystyle 7.72\approx {\frac {5\pi }{2}}$	−17,83 дБ	пик второго бокового лепестка

Для антенны с круглой апертурой, также имеющей равномерное распределение амплитуды, уровень первого бокового лепестка составляет -17,57 дБ относительно пика главного лепестка. В этом случае диаграмма направленности имеет канонический вид

$\displaystyle {\text{Radiation pattern (in units of dB)}}\propto 10\log _{10}\left|2\cdot {\frac {J_{1}(X)}{X}}\right|^{2}$

( 2 )

где $\displaystyle J_{1}(x)$ — это функция Бесселя первого рода порядка 1. Это известно как шаблон Эйри . Простые подстановки различных значений X в каноническое уравнение дают следующие результаты:

Х	Диаграмма направленности	Объяснение
0	0 дБ	вершина дальнего света
3.83	−∞ дБ	первый ноль
5.14	−17,57 дБ	пик первого бокового лепестка
7.02	−∞ дБ	второй ноль
8.42	−23,81 дБ	пик второго бокового лепестка

Равномерное распределение апертуры, как показано в двух примерах выше, дает максимально возможную направленность для данного размера апертуры, но также обеспечивает максимальный уровень боковых лепестков. Уровни боковых лепестков можно уменьшить за счет сужения краев распределения апертуры (изменение однородности) за счет уменьшения направленности .

Нули между боковыми лепестками возникают, когда диаграммы направленности проходят через начало координат в комплексной плоскости . Следовательно, соседние боковые лепестки обычно сдвинуты по фазе друг к другу на 180°.

Решетчатые лепестки

Типичная диаграмма направленности фазированных решеток, расстояние между элементами которых превышает половину длины волны, поэтому диаграмма направленности имеет лепестки решетки.

Основная статья: Решетчатые лепестки

Для антенн с дискретной апертурой (таких как фазированные решетки ), в которых расстояние между элементами превышает половину длины волны, эффект пространственного наложения спектров приводит к тому, что некоторые боковые лепестки становятся существенно больше по амплитуде и приближаются к уровню основного лепестка; их называют решетчатыми лепестками , и они либо идентичны, либо почти идентичны, как показано на рисунке, копиям главных балок.

Решетчатые лепестки являются частным случаем боковых лепестков. В таком случае боковыми лепестками следует считать все лепестки, лежащие между основным лепестком и первым лепестком решетки или между лепестками решетки. Концептуально полезно различать боковые лепестки и решетчатые лепестки, поскольку решетчатые лепестки имеют большую амплитуду, чем большинство, если не все, другие боковые лепестки. Математика лепестков решетки такая же, как и в дифракции рентгеновских лучей .

Внешние ссылки

• Боковые лепестки и ширина диаграммы направленности — Учебное пособие по антенне