Радиотехника и электроника, 2021, T. 66, № 11, стр. 1043-1052

ВВЕДЕНИЕ

В современных радиочастотных системах быстрой передачи информации (WiFi, Bluetooth, 4G, 5G) широко используются широкополосные и сверхширокополосные (СШП) сигналы [1]. Для оценки возможности информационного конфликта между работающими радиоэлектронными СШП-устройствами необходима информация о пространственной локализации СШП-излучений. Следуя [2], направленность излучения антенн будем характеризовать коэффициентом направленного действия (КНД) и энергетической эффективностью главного лепестка диаграммы направленности (ДН) антенны.

Результаты исследований КНД антенн и антенных решеток, возбуждаемых видеоимпульсами, представлены в [3–11].

В [3, 4] на основе спектрального подхода описаны основные расчетные соотношения для определения ДН и КНД антенн при их синхронном возбуждении. Приведены иллюстрирующие примеры для антенн с круглыми, прямоугольными и линейными раскрывами, размеры которых велики по сравнению с пространственной длительностью импульса. Исследованы некоторые характерные виды импульсов возбуждающих токов и их апертурных распределений.

В [5] выполнена оценка экстремальных значений энергетического КНД (ЭКНД) при не синхронном СШП-возбуждении апертурной антенны (круглой, прямоугольной), а также определена форма импульса возбуждения, при которой достигаются максимальные ЭКНД по отношению к соответствующим экстремальным значениям.

В [6] рассмотрены особенности формирования энергетической ДН (ЭДН) сканирующей антенной решетки, составленной из линейных излучателей. Представлены примеры ЭДН в различных режимах СШП-возбуждения решетки. По виду ЭДН отмечен высокий уровень бокового излучения, когда апертурное время решетки значительно превышает длительность импульса возбуждения ее элементов. Количественная оценка этого уровня не приведена.

В [7] на основе электродинамического моделирования проведен сравнительный анализ энергетических характеристик некоторых импульсных антенн при их возбуждении гауссовым импульсом. Для заданных размеров антенн дана оценка ЭКНД, а также фидерного КПД этих антенн. Показано, что максимальное значение ЭКНД антенн достигается при определенной длительности импульса их возбуждения, соответствующей размерам антенн.

В [8] вычислен ЭКНД линейной антенны при синхронном и равноамплитудном ее возбуждении униполярным и биполярным импульсами. Показано, что для асимптотически длинной антенны максимальное значение ЭКНД больше при биполярном импульсе возбуждения, а для асимптотически короткой антенны значения ЭКНД совпадают.

В [9] рассмотрены энергетические характеристики направленности линейной синхронной антенны, возбуждаемой униполярным импульсом с различающимися по длительности фронтами нарастания и спада напряжения. Показано, что ЭКНД антенны, возбуждаемой импульсом Хевисайда, примерно вдвое меньше, чем при возбуждении антенны импульсом с равными по длительности фронтами.

В [10] описан метод аналитического расчета поля излучения плоской круглой апертуры во временной области, в рамках которого напряженность импульсного поля излучения во многих случаях может быть выражена в элементарных функциях во всем полупространстве перед апертурой. На основе полученных решений показаны характерные особенности импульсных полей излучения для разных точек наблюдения.

В [11] представлена аналитическая формула для расчета напряженности импульсного поля излучения элементарной антенны, построенная на описании излучения плоской металлической поверхности, которая возбуждается падающей плоской электромагнитной волной с фиксированной поляризацией. Расчет параметров импульса излучения в полупространстве перед антенной проведен во временной области. Поверхность плоской апертуры может иметь любую форму. Полученные результаты верифицированы на результатах численного моделирования методом конечной интеграции во временной области и находятся с ними в согласии.

Цель статьи – рассмотреть некоторые особенности направленного излучения СШП-сигналов. Определены ДН по мощности и по энергии излучения (МДН и ЭДН), угловая ширина лепестков МДН и ЭДН, их энергетическая эффективность в зависимости от вида функции возбуждения антенны и диаметра ее апертуры. Исследование проведено на примере апертурной антенны с круглым раскрывом при синхронном и равноамплитудном его возбуждении.

1. БЛОК-СХЕМА ИЗЛУЧАТЕЛЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Рассмотрим излучатель импульсов с антенной апертурного типа на основе плоского однонаправленно излучающего круглого раскрыва, возбуждаемого импульсами напряжения синхронно и однородно по всей поверхности. Идеализированная постановка задачи уменьшает число независимо варьируемых параметров и упрощает интерпретацию основных результатов.

Блок-схема излучателя с указанием энергии в отдельных точках тракта ее преобразования и соответствующие параметры энергетической эффективности представлены на рис. 1.

Рис. 1.

Блок-схема преобразования импульса энергии в излучателе: Г – генератор, Ф – фидер, А – антенна, Q₀ − начальная энергия, подведенная к генератору электрических импульсов возбуждения; Q_Г, Q_А – энергия выходного импульса генератора и электромагнитного импульса на срезе антенны; Q_изл, Q_изл(Δφ) – полная энергия излученного импульса и импульса излучения внутри лепестка ЭДН антенны с заданной угловой шириной; η_Г, η_Ф, η_АФС – эффективность генератора, фидера и антенно-фидерной системы излучателя.

Параметры энергетической эффективности на разных стадиях преобразования энергии определим следующим образом: η_Г = Q_Г/Q₀, η_Ф = Q_А/Q_Г, η_АФС = Q_изл/Q_Г – эффективность генератора, фидера и антенно-фидерной системы (АФС) излучателя, η_с = Q_изл/Q_А – эффективность согласования АФС излучателя с пространством распространения излучения, η = Q_изл(φ)/Q_изл – доля полной энергии излучения внутри телесного угла с раскрывом ±φ относительно главной оси излучения.

Пусть ПЭ(R,φ), Дж/м² – плотность энергии импульса излучения на расстоянии R от антенны при отклонении на угол φ от ее оси, а $Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}(\varphi ) = 4\pi {{R}^{2}}{\text{ПЭ}}(R,\varphi ),$ Дж – соответствующее углу φ значение эквивалентной (эффективной) изотропно-излучаемой энергии. Тогда полный коэффициент усиления АФС излучателя по энергии в направлении φ от его оси равен ${{G}_{{\text{э}}}}(\varphi ) = $ $ = {{Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}(\varphi )} \mathord{\left/ {\vphantom {{Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}(\varphi )} {{{Q}_{{\text{Г}}}}}}} \right. \kern-0em} {{{Q}_{{\text{Г}}}}}},$ ЭКНД антенны – D_э(φ) = $ = {{Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}(\varphi )} \mathord{\left/ {\vphantom {{Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}(\varphi )} {{{Q}_{{{\text{изл}}}}}}}} \right. \kern-0em} {{{Q}_{{{\text{изл}}}}}}}.$ Коэффициенты G_э и D_э связаны соотношением G_э = η_АФСD_э.

2. ИЗЛУЧЕНИЕ ОДНОНАПРАВЛЕННОГО ПЛОСКОГО РАСКРЫВА

Пусть плоский однонаправленно излучающий раскрыв площадью A × A согласован с амплитудно-временной структурой импульса возбуждения АФС и с пространством распространения излучения. Пусть раскрыв возбуждается током линейной поляризации вдоль одной из его сторон синхронно и однородно по всей поверхности. Тогда в дальней зоне излучения на расстоянии R от раскрыва и по его оси напряженность E электрического поля линейно-поляризованного излучения определяется следующим образом:

где I_р – полный ток возбуждения согласованного раскрыва, U_Р = I_р/Z₀ – разность потенциалов между границами раскрыва вдоль направления тока I_р, Z₀ = μ₀c = 120π (Ом) − характеристический импеданс свободного пространства. Из (1) следует, что по измерению E(t) можно вычислить зависимость напряжения U_р(t) и определить энергию импульса возбуждения раскрыва, согласованного с пространством по волновому импедансу:

Поскольку Q_изл = η_АФСQ_Г, то в области амплитудно-частотной линейности волнового тракта АФС напряжение возбуждения раскрыва равно U_p(t) = $ = {{U}_{{\text{Г}}}}(t)\sqrt {{{{{\eta }_{{{\text{АФС}}}}}{{Z}_{0}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{\eta }_{{{\text{АФС}}}}}{{Z}_{0}}} {{{Z}_{{\text{Г}}}}}}} \right. \kern-0em} {{{Z}_{{\text{Г}}}}}}} $ и, соответственно,

Сравнение вычисляемых и измеряемых значений ER дает оценку показателя качества АФС. По разным данным, где такая оценка возможна, практически реализуемые значения коэффициента $\sqrt {{{\eta }_{{{\text{АФС}}}}}} $ находятся в интервале 0.5…0.9 для антенны на основе расходящегося TEM-рупора.

Отметим, что напряженность поля излучения по оси плоского апертурного раскрыва в дальней зоне не зависит от формы раскрыва и определяется только его площадью.

3. НАПРАВЛЕННОСТЬ СШП-ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕННЫ

Коэффициент направленного действия антенны является одним из параметров, характеризующих направленность излучения, инициируемого заданным сигналом возбуждения. По определению, КНД антенны по пиковой мощности равен D_м = P_эф/(P_изл)_max.

Для плоского синхронного и однородно возбуждаемого раскрыва

При униполярном импульсе Г, когда |dU_Г/dt|_max ≈ ≈ |U_Г|_max/τ_х, имеем

Поскольку ${{({{P}_{{{\text{изл}}}}})}_{{\max }}} = {{{{\eta }_{{{\text{АФС}}}}}{{{\left( {U_{{\text{Г}}}^{2}} \right)}}_{{\max }}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{\eta }_{{{\text{АФС}}}}}{{{\left( {U_{{\text{Г}}}^{2}} \right)}}_{{\max }}}} {{{Z}_{{\text{Г}}}}}}} \right. \kern-0em} {{{Z}_{{\text{Г}}}}}},$ а КНД по мощности ${{D}_{{\text{м}}}} = {{{{{({{P}_{{{\text{эф}}}}})}}_{{\max }}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{{({{P}_{{{\text{эф}}}}})}}_{{\max }}}} {{{{({{P}_{{{\text{изл}}}}})}}_{{\max }}}{\kern 1pt} }}} \right. \kern-0em} {{{{({{P}_{{{\text{изл}}}}})}}_{{\max }}}{\kern 1pt} }},$ то при униполярном импульсе U_Г(t) из (10) следует

Если импульс U_Г(t) биполярный симметричный, то |dU_Г/dt|_max ≈ 2|U_Г|_max/τ_х и πcτ_х = λ. Поэтому

Таким образом, при заданном отношении ${{\sqrt S } \mathord{\left/ {\vphantom {{\sqrt S } {c{{\tau }_{{\text{х}}}}}}} \right. \kern-0em} {c{{\tau }_{{\text{х}}}}}}$ КНД антенны по мощности при биполярном импульсе возбуждения вчетверо больше, чем при униполярном. Причина этого проста: при равной крутизне перепада напряжения пиковая мощность биполярного импульса возбуждения антенны в четыре раза меньше, чем униполярного.

Определим, как связаны между собой коэффициенты усиления АФС по мощности (G_м) и по энергии (G_э):

где

и

– значения эффективной длительности импульса Г и импульса излучения вдоль главной оси антенны соответственно.

Исходя из того, что $\tau _{{\text{Г}}}^{{{\text{эф}}}}\sim \int {U_{{\text{Г}}}^{2}dt} ,$ а $\tau _{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}\sim \int {\dot {U}_{{\text{Г}}}^{2}dt} ,$ очевидно, что для импульса возбуждения типа Гаусса – ${{\tau _{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\tau _{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} {\tau _{{\text{Г}}}^{{{\text{эф}}}}}}} \right. \kern-0em} {\tau _{{\text{Г}}}^{{{\text{эф}}}}}} > 1,$ и тогда G_э > G_м. Для униполярного импульса с быстрым фронтом и медленной отсечкой – ${{\tau _{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\tau _{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} {\tau _{{\text{Г}}}^{{{\text{эф}}}}}}} \right. \kern-0em} {\tau _{{\text{Г}}}^{{{\text{эф}}}}}} < 1,$ и тогда G_э < G_м. Для биполярного синусоидального импульса U_Г(t) отношение ${{\tau _{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\tau _{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} {\tau _{{\text{Г}}}^{{{\text{эф}}}}}}} \right. \kern-0em} {\tau _{{\text{Г}}}^{{{\text{эф}}}}}} \to 1$ при увеличении длительности импульса и, соответственно, G_э → G_м.

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ НАПРАВЛЕННОСТИ СШП-ИЗЛУЧЕНИЯ ПЛОСКОГО РАСКРЫВА

Рассмотрим примеры направленного излучения круглого плоского раскрыва при его возбуждении относительно короткими импульсами напряжения различной амплитудно-временной формы. Диаметр d раскрыва выберем из двух условий: длительность “быстрых” перепадов напряжения возбуждения $ \ll $d/c, а “медленных” – <0.25d/c.

Расчет параметров направленности линейно-поляризованного излучения проведем с использованием модели, в которой апертурный раскрыв представим совокупностью однонаправленно излучающих элементов Гюйгенса, ось излучения которых ортогональна к поверхности раскрыва. Пусть элементы возбуждаются током одного направления однородно и синхронно. Поле в заданной точке волновой зоны излучения определим как суперпозицию одинаково поляризованных излучений всех элементов Гюйгенса. При этом учтем угловое положение точки наблюдения по отношению к оси каждого элемента, расстояние от него до этой точки, а также различие времени прихода волнового фронта от каждого элемента Гюйгенса. Эффекты дифракции на краях раскрыва не учитываем. Более подробно такая модель расчета с учетом неоднородности и несинхронности возбуждения раскрыва изложена в [12]. Там же представлены результаты сравнения расчетных и экспериментальных данных по измерению напряженности поля и ЭДН в азимутальной плоскости и констатировано хорошее соответствие этих данных.

СШП-излучение не создает регулярных интерференционных структур, поэтому угловую ширину лепестков МДН и ЭДН, Δφ_м и Δφ_э, определим из условия МДН(Δφ_м) = ЭДН(Δφ_э) = 0.5.

Направленность СШП-излучения антенны будем характеризовать параметрами {Δφ_м, Δφ_э}, а также энергетической эффективностью лепестков ДН η(Δφ_м) и η(Δφ_э). В дополнение к этим параметрам вычислим угол Δφ_0.5 из условия η(Δφ_0.5) = = Q_изл(Δφ_0.5)/Q_изл (π) = 0.5. В общем случае Δφ_м ≤ ≤ Δφ_э ≤ Δφ_0.5, и поэтому эффективность лепестков ДН равна η(Δφ_м) ≤ η(Δφ_э) ≤ 0.5.

Примеры расчетов приведены для значений d = 0.4, 0.8 и 2 м. Для всех рассмотренных модельных импульсов возбуждения раскрыва длительность “быстрого” перепада напряжения была равна примерно 100 пс.

Пример 1 (рис. 2). При возбуждении антенны (d = 0.4 м) относительно протяженным радиоимпульсом (τ_х ≈ 0.1 нс, τ_изл ≈ 2.5 нс) нормированные диаграммы МДН(φ) и ЭДН(φ) практически совпадают и пересекаются с зависимостью доли энергии излучения η(φ) в одной точке, т.е. Δφ_м ≈ ≈ Δφ_э ≈ Δφ_0.5 и η(Δφ_м) ≈ η(Δφ_э) ≈ 0.48.

Рис. 2.

Импульс возбуждения (а) и направленность излучения (б) антенны для примера 1: (а) 1 – U_Г, 2 – Q_Г, (б) 1 – совпадающие МДН и ЭДН, 2 – η(φ).

Этот результат на качественном уровне находится в соответствии с классикой, когда сигнал возбуждения монохроматический.

Пример 2 (рис. 3). Антенна (d = 0.4 м) возбуждается симметричным биполярным СШП-импульсом в форме моноцикла (τ_имп ~ τ_х).

Рис. 3.

Импульс возбуждения (а) и направленность излучения (б) антенны для примера 2: а) 1 – U_Г, 2 – Q_Г, б) 1 – МДН, 2 – ЭДН, 3 – η(φ).

Диаграммы МДН(φ) 1 и ЭДН(φ) 2 практически совпадают в головной их части и пересекают уровень 0.5 при близких значениях углов: Δφ_м ≈ ≈ ±7.1° и Δφ_э ≈ ±7.3°. Половина энергии излучения оказывается внутри телесного угла с раскрывом Δφ_0.5 ≈ ±9.8°. При этом энергетическая эффективность лепестков η(Δφ_м) и η(Δφ_э), соответствующих диаграммам МДН(φ) и ЭДН(φ), составляет примерно 34%.

Пример 3 (рис. 4). Антенна (d = 0.4 м) возбуждается симметричным СШП импульсом гауссова вида. Частотный спектр этого импульса, в отличие от предыдущего, имеет максимальную плотность при нулевой частоте.

Рис. 4.

Импульс возбуждения (а) и направленность излучения (б) антенны для примера 3: а) 1 – U_Г, 2 – Q_Г, б) 1 – МДН, 2 – ЭДН, 3 – η(φ).

Диаграммы МДН(φ) и ЭДН(φ) расходятся уже и в головной части. Углы, характеризующие направленность излучения антенны, различаются в еще большей степени: Δφ_м ≈ 6.8°, Δφ_э ≈ 8°, Δφ_0.5 ≈ 15°. Энергетическая эффективность лепестков диаграмм МДН(φ) и ЭДН(φ) уменьшается до значений η(Δφ_м) ≈ 19.7% и η(Δφ_э) ≈ 24.7%.

Пример 4 (рис. 5). Антенна (d = 0.4 м) возбуждается тем же униполярным импульсом, но с затянутым задним фронтом.

Рис. 5.

Импульс возбуждения (а) и направленность излучения (б) антенны для примера 4: а) 1 – U_Г, 2 – Q_Г, б) 1 – МДН, 2 – ЭДН, 3 – η(φ).

ЭДН антенны 2 становится еще шире (Δφ_э ≈ ≈ 11.7°), что влечет за собой увеличение угла Δφ_0.5 с 15.1° до 24.3°, а также уменьшение энергетической эффективности лепестков ДН η(Δφ_м) и η(Δφ_э) до значений ≈9% и ≈21% соответственно. Последнее указывает на то, что в сравнении с предыдущим случаем увеличилась доля энергии бокового и заднего излучения. Причина состоит в том, что в рассматриваемом случае энергетический спектр излучения смещен в низкочастотную область (рис. 6), а угловая расходимость низкочастотного излучения больше, чем высокочастотного.

Рис. 6.

Энергетические спектры импульсов излучения по оси антенны: пример 3 (1) и пример 4 (2).

Пример 5 (см. табл. 1). Рассмотрим, как изменится направленность излучения, инициированного предыдущим импульсом возбуждения антенны, если ее диаметр увеличить вдвое, с 0.4 до 0.8 м.

Углы расходимости излучения Δφ_м и Δφ_э, сформированного быстрым перепадом напряжения возбуждения, ожидаемо уменьшились примерно вдвое. Однако угол Δφ_0.5 стал меньше только в 1.6 раза, что указывает на обогащение низкочастотной части спектра излучения при увеличении апертуры антенны, возбуждаемой униполярным электрическим импульсом. Вследствие этого эффективность лепестка МДН η(Δφ_м) уменьшилась с 8.9 до 7.7%, а лепестка ЭДН η(Δφ_э) – с 20.8 до 17.7%.

В последовательности рассмотренных примеров наблюдается монотонное уменьшение энергетической эффективности лепестков ДН антенны и, тем самым, увеличение полного коэффициента рассеяния ее излучения.

Пример 6 (рис. 7). В завершение оценим направленность излучения антенны большого диаметра (2 м) при ее возбуждении реальным импульсом мощного генератора разработки НПАО “ФИД-Технология” [http://fidtechnology.com].

Рис. 7.

Импульс возбуждения (а) и направленность излучения (б) антенны для примера 6: а) 1 – U_Г, 2 – Q_Г, б) 1 – МДН, 2 – ЭДН, 3 – η(φ).

Особенность этого импульса состоит в том, что длительность его фронта и полная длительность, определенная по времени достижения 90% энергии импульса, различаются примерно в десять раз (τ_фр ≈ 0.1 и τ_имп ≈ 1 нс соответственно). При условии τ_фр $ \ll $ τ_имп < d/c ≈ 6.7 нс лепестки МДН и ЭДН антенны в пределах углов расходимости Δφ_м и Δφ_э формируется быстрым перепадом импульса возбуждения, а 50% полной энергии излучения попадает внутрь телесного угла с раскрывом ±Δφ_0.5, значение которого определяется полной длительностью импульса возбуждения. Результатом этого являются следующие значения параметров, характеризующих направленность излучения антенны в этом примере: Δφ_м ≈ ±1.3°, Δφ_э ≈ ±1.8°, Δφ_0.5 ≈ ±17°, η(Δφ_м) ≈ 2.6%, η(Δφ_э) ≈ ≈ 4.5%, т.е. ДН антенны узкая, но энергия излучения в нее практически не попадает. Полученные результаты сведены в табл. 1.

5. НОРМИРОВАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЭКНД АНТЕННЫ

Определим нормированное значение ЭКНД, используя выражения (17) и (18):

В различных вариантах расчета, и не только в приведенных здесь примерах, коэффициент B находился в интервале значений 1.37…1.46. При этом в случае относительно длительного радиоимпульса излучения (до 15 периодов колебаний), когда энергетическая эффективность лепестка ЭДН, определенная в соответствии с условием ЭДН(±Δφ_э) = 0.5, была близка к значению η(Δφ_э) = = 0.5 и не превышала его, достигалось минимальное значение B = 1.37 и максимальное значение D_э/D_max. Таким образом, в расчетах максимум нормированного ЭКНД антенны был ограничен значением

В табл. 2 приведены значения этого коэффициента в рассмотренных ранее примерах 1–6.

В приведенных расчетах значения D_э/D_max не превышают указанный предельный уровень и в основном следуют зависимости ~1.4η(Δφ_э). Это позволяет оценивать η(Δφ_э), используя D_э/D_max, и, более того, в наборе параметров, характеризующих направленность антенны, заменить сложно определяемое в экспериментах значение η(Δφ_э) на D_э/D_max.

Коэффициент D_max вычисляется по регистрируемому углу Δφ_э в соответствии с (18). Коэффициент ${{D}_{{\text{э}}}} = {{Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}}} {{{Q}_{{{\text{изл}}}}}}}} \right. \kern-0em} {{{Q}_{{{\text{изл}}}}}}}$ вычисляется только по данным измерения напряженности E(t) электрического поля излучения в дальней зоне по оси антенны. Действительно, изотропно-излучаемая энергия равна $Q_{{{\text{изл}}}}^{{{\text{эф}}}} = {{{{{\int {\left( {E(t)R} \right)} }}^{2}}dt} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{{\int {\left( {E(t)R} \right)} }}^{2}}dt} {30}}} \right. \kern-0em} {30}},$ а энергия излучения Q_изл вычисляется в соответствии с (1) и (2), т.е.

В последовательности приведенных примеров значение D_э/D_max монотонно уменьшается при переходе от биполярного импульса возбуждения АФС к униполярному, а также при увеличении апертуры раскрыва.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Направленность излучения антенны в общем случае однозначно характеризуется тремя параметрами: КНД антенны (D), угловой шириной Δφ лепестка ее ДН и энергетической эффективностью η(Δφ) этого лепестка. В случае монохроматического излучения параметры D и Δφ связаны однозначно. Поэтому независимыми являются два из трех параметров.

2. В случае СШП-излучения направленного раскрыва существуют две диаграммы направленности: ДН по пиковым значениям плотности потока энергии излучения (МДН) и ДН по плотности энергии излучения (ЭДН). Соответственно, направленность осесимметричного СШП-излучения антенны полностью характеризуется двумя наборами независимых параметров: {D_м, Δφ_м, η(Δφ_м)} и {D_э, Δφ_э, η(Δφ_э) или D_э/D_max}. Параметры η(Δφ_э) и D_э/D_max между собой связаны.

3. Особенность направленного СШП-излучения апертурной антенны состоит в том, что энергия этого излучения не может быть локализована в физическом пространстве столь же эффективно, как энергия излучения монохроматического:

– ширина лепестка ЭДН антенны больше, чем лепестка МДН (Δφ_э > Δφ_м);

– 50% энергии импульса направленного СШП излучения оказывается внутри телесного угла, раскрыв которого 2Δφ_0.5 больше (или значительно больше), чем полная ширина лепестка ЭДН антенны 2Δφ_э, определяемая из условия ЭДН(±Δφ_э) = = 0.5 (Δφ_э < Δφ_0.5);

– энергетическая эффективность лепестка МДН антенны меньше, чем лепестка ЭДН, а последняя меньше 50%: η(Δφ_м) < η(Δφ_э) < 0.5;

– нормированное значение ЭКНД круглой антенны D_э /D_max ≤ 0.685 при ее равноамплитудном и синхронном возбуждении.

4. Оценка энергетической эффективности η(Δφ_э) лепестка ЭДН может быть сделана на основе соотношения η(Δφ_э) ≈ D_э/D_max/1.4, в котором D_э вычисляется по результатам измерений напряженности электрического поля излучения E(t) по оси антенны в дальней его зоне, а D_max вычисляется по измеренному значению Δφ_э.

5. При увеличении площади раскрыва антенны угловая ширина лепестка ее ЭДН уменьшается ($\Delta {{\varphi }_{{\text{э}}}}\sqrt S \sim 1$), но при этом увеличивается доля энергии бокового и заднего СШП-излучения.

6. Лучшие параметры направленности СШП-излучения апертурного раскрыва достигаются в первую очередь при симметричном биполярном видеоимпульсе его возбуждения и во вторую очередь при униполярном импульсе гауссова вида. Униполярный импульс предпочтителен, когда необходимо обеспечить повышенную плотность энергетического спектра излучения в низкочастотной его области.

7. Выбор параметров направленности излучения антенны определяется той задачей, для решения которой используется излучатель. Если он направленного типа, то вопросов не возникает только при точном наведении на точку прицеливания. При угловой погрешности наведения параметры СШП-излучения в точке прицеливания (пиковая мощность, импульсная мощность, энергия и ее частотное распределение) изменяются в разной степени. Допустимая погрешность наведения должна определяться степенью изменения того параметра излучения, который является определяющим в решении конкретной задачи.