Диаграмма  направленности  антенны

Расчет диаграммы направленности антенны поверхностной волны проводится как расчет диаграммы направленности антенны бегущей волны с непрерывным и равномерным распределением тока по длине антенны.

Для распределения поля поверхностной волны характерно существование составляющей  или  в направлении распространения. Практическое применение нашли антенны с поверхностной волной типа , поле которой имеет вид

 

,

 

                                ,                      (7.1)

 

                                ,        

 

где  — коэффициент ослабления поля волны в направлении Х;
 — коэффициент фазы волны.

Коэффициенты  в (7.1) связаны соотношением

 

                             ,                                       (7.2)

 

где ;  — длина волны рабочего диапазона.

Распределение поля (7.1) позволяет определить эквивалентные поверхностные токи на замедляющей структуре антенны и рассчитать ее диаграмму направленности.

Как известно, характеристика направленности линейного распределения тока на длине L имеет вид

 

               ,                  (7.3)

 

где  — амплитудное распределение тока; — фазовое распределение тока.

Для антенны бегущей волны фазовое распределение имеет вид

 и при равномерном амплитудном распределении из (7.3) получается известное выражение для диаграммы направленности

 

                            ,                          (7.4)

 

где  — коэффициент замедления.

 

В направлении распространения поверхностной волны распределение тока носит характер линейного распределения тока бегущей волны. В поперечном направлении по оси y для антенны, изображенной на рис. 7.1, изменение тока определяется изменением поля в раскрыве возбуждающего рупора и носит косинусоидальный характер. Таким образом, распределение магнитного тока на поверхности замедляющей структуры антенны имеет вид

 

             ,                  (7.5)

 

где A — амплитуда тока.

 

Диаграмма направленности антенны для тока (7.5) имеет вид

 

 

              ,                        (7.6)

 

Выражение (7.6) определяется двумя множителями. Одним из них является характеристика направленности элемента тока антенны (рис. 7.1) в плоскости Н (плоскость YOZ). Другим множителем служит характеристика направленности непрерывного распределения тока по длине антенны. В плоскости E (плоскость XOZ) выражения (7.6) и (7.4) совпадают.

Множитель (7.4) оказывает определяющее влияние на диаграмму направленности антенны. Для диаграммы направленности представляют интерес значения  для углов , которые ограничены величинами

 

                      для ,

 

 

                      для .

 

При приближении коэффициента  к единице относительный уровень боковых лепестков диаграммы уменьшается. С увеличением длины антенны  основной лепесток диаграммы направленности становится более узким, но растет относительный уровень боковых лепестков.

Однако основной лепесток не становится сколь угодно узким при неограниченном росте величины , как это следует из выражения (7.4). Существует некоторая предельная направленность антенны, которую можно получить при данном замедлении .

Приближенно это объясняется тем, что для больших значений  замедляющую структуру антенны можно рассматривать как волновод, переносящий поверхностные волны к ее концу, с которого
происходит излучение как с эквивалентного плоского раскрыва.
Размер раскрыва определяется поперечным распределением
поля поверхностной волны и будет тем больше, чем меньше замед-

 

ление. Однако, как будет показано ниже, антенны по­верхностных волн большой длины не получили прак­тического применения из-за трудности реализации замедляющих структур больших размеров.