Лепестки диаграммы направленности антенны: основные и боковые

Введение

Лобы диаграммы направленности дальнего поля антенны

В антенной технике боковые лепестки – это лобы (локальные максимумы) диаграммы направленности дальнего поля антенны или другого источника излучения, отличные от главного лепестка. Диаграмма направленности большинства антенн демонстрирует наличие "лепестков" под различными углами, направлениями, в которых интенсивность излучаемого сигнала достигает максимума, разделенных "нулями", углами, при которых интенсивность излучаемого сигнала падает до нуля. Это можно рассматривать как дифракционную картину антенны. В направленной антенне, предназначенной для излучения радиоволн в одном направлении, лепесток в этом направлении проектируется с большей напряженностью поля, чем остальные; это и есть "главный лепесток". Остальные лепестки называются "боковыми лепестками" и обычно представляют собой нежелательное излучение в нежелательных направлениях. Боковой лепесток, расположенный непосредственно за главным лепестком, называется задним лепестком. Чем больше длина антенны относительно длины радиоволны, тем большее количество лепестков имеет ее диаграмма направленности. В передающих антеннах избыточное излучение боковых лепестков приводит к потерям энергии и может вызывать помехи для другого оборудования. Другой недостаток заключается в том, что конфиденциальная информация может быть перехвачена непреднамеренными приемниками. В принимающих антеннах боковые лепестки могут принимать мешающие сигналы и повышать уровень шума в приемнике. Плотность мощности в боковых лепестках обычно значительно меньше, чем в главном луче. Как правило, желательно минимизировать уровень боковых лепестков (SLL), который измеряется в децибелах относительно пика главного луча. Главный и боковые лепестки возникают как при передаче, так и при приеме. Концепции главного и боковых лепестков, диаграммы направленности, формы апертуры и весовых коэффициентов апертуры применяются в оптике (другой области электромагнетизма), а также в акустике, например, при проектировании громкоговорителей и гидролокаторов, наряду с проектированием антенн. Поскольку диаграмма направленности антенны в дальнем поле является преобразованием Фурье распределения ее 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 главные 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 нераспространяющегося пространства в видимое пространство).

In antenna engineering, sidelobes are the lobes (local maxima) of the far field radiation pattern of an antenna or other radiation source, that are not the main lobe. The radiation pattern of most antennas shows a pattern of "lobes" at various angles, directions where the radiated signal strength reaches a maximum, separated by "nulls", angles at which the radiated signal strength falls to zero. This can be viewed as the diffraction pattern of the antenna. In a directional antenna in which the objective is to emit the radio waves in one direction, the lobe in that direction is designed to have a larger field strength than the others; this is the "main lobe". The other lobes are called "sidelobes", and usually represent unwanted radiation in undesired directions. The sidelobe directly behind the main lobe is called the back lobe. The longer the antenna relative to the radio wavelength, the more lobes its radiation pattern has. In transmitting antennas, excessive sidelobe radiation wastes energy and may cause interference to other equipment. Another disadvantage is that confidential information may be picked up by unintended receivers. In receiving antennas, sidelobes may pick up interfering signals, and increase the noise level in the receiver. The power density in the sidelobes is generally much less than that in the main beam. It is generally desirable to minimize the sidelobe level (SLL), which is measured in decibels relative to the peak of the main beam. The main lobe and sidelobes occur for both transmitting and receiving. The concepts of main and sidelobes, radiation pattern, aperture shapes, and aperture weighting, apply to optics (another branch of electromagnetics) and in acoustics fields such as loudspeaker and sonar design, as well as antenna design. Because an antenna's far field radiation pattern is a Fourier Transform of its aperture distribution, most antennas will generally have sidelobes, unless the aperture distribution is a Gaussian, or if the antenna is so small as to have no sidelobes in the visible space. Larger antennas have narrower main beams, as well as narrower sidelobes. Hence, larger antennas have more sidelobes in the visible space (as the antenna size is increased, sidelobes move from the evanescent space to the visible space).

Решетчатые доли

Для антенн с дискретными апертурами (таких как фазированные антенные решетки), в которых расстояние между элементами превышает половину длины волны, эффект пространственного алиасинга приводит к значительному увеличению амплитуды некоторых боковых лепестков, вплоть до приближения к уровню главного лепестка; эти лепестки называются решетчатыми лепестками, и они являются либо идентичными, либо почти идентичными копиями главного луча, как показано на рисунке. Решетчатые лепестки – это частный случай бокового лепестка. В этом случае боковыми лепестками следует считать все лепестки, расположенные между главным лепестком и первым решетчатым лепестком, или между решетчатыми лепестками. Концептуально полезно различать боковые и решетчатые лепестки, поскольку решетчатые лепестки имеют амплитуду, как правило, большую, чем у большинства, если не всех, остальных боковых лепестков. Математическое описание решетчатых лепестков аналогично математике дифракции рентгеновских лучей.