42. Temir yol radio tarmogida ishlatiladigon antenalar

49. APERTURALI ANTENALARNI NURLARINI YON TOMONGA TARQALISHINI KAMAYTRISH USULI.
Нурлатувчи сиртлар учун кўрилган йўналганлик диаграммаси эгри чизиғи формулалари апертур антенналарининг асосий ва унга яқин ён япроқлар секторида йўналганлик хоссаларини етарлича аниқ характерлайди (бу секторда бир кўзгули антенналарда нурлатгични кўзгудан ташқарида нурлатиши, кўзгу чеккаларидаги дифракцион эффект ва бошқа шундай омилларни ҳисобга олмаса бўлади). Бу сектор катталиги антеннанинг аниқ тайёрланиш схемаси билан белгиланади, ҳамда ± 40° ва ундан ортиқ бўлиши мумкин. Маълумки, бу секторда ён япроқлар сатҳининг паст даражаси, чеккаларга бориб камаювчи амплитуда тақсимоти орқали таъминланади. Лекин бунда очилиш юзасидан фойдаланиш коэффициенти кичик бўлади. Очилиш юзасидан фойдаланиш коэффициентининг юқори қийматини сақлаган ҳолда, ён япроқлар сатҳини камайтириш имконияти мавжуд. Бунинг учун турли хил махсус амплитуда тақсимотлари (пьедесталли косинус – квадратик, пьедесталли параболик, бессел ва бошқалар) қўлланилади. Сўнгги вақтда ён япроқлар сатҳларига талаблар қуйидагича қўйилмоқда: антенна тизими нафақат асосий йўналишдан четга чиқилганда ён япроқларнинг сатҳи етарлича тез камайишини таъминлаши, балки биринчи ён япроқлар сатҳи паст даражада бўлишини таъминлаши керак. Ён япроқлар сатҳини камайтиришнинг зарурлиги биринчи навбатда, антеннанинг биринчи ён япроқлари сатҳи кейингиларига нисбатан юқорироқ даражага эгалиги ва шунинг учун радиоқурилмаларнинг ЭММ ва халақитбардошлигини аниқлашлиги билан белгиланади. Бу муаммо, йўлдошли алоқа Ер станцияларида қўшни, геостационар орбитада бир-бирига яқин жойлашган сунъий йўлдошлардан халақитларни келиши мумкинлиги сабабли кескин ҳисобланади. Кўп ҳолларда яқин ёндош нурланишларни камайтириш антеннанинг юқори эффективлигини сақлаган ҳолда таъминланиши керак. Шундай қилиб, масалани қуйидагича қўйиш мумкин: апертур антенна очилиш юзасида шундай қўзғатувчи майдон тақсимоти аниқланиши ва таъминланиши керакки, бунда очилиш юзасидан фойдаланиш апертур коэффициенти (_a) нинг юқори қийматида ён япроқларнинг паст даражасини таъминлансин. Қўзғатувчи майдоннинг пьедесталда параболик типидаги стандарт ва шунга ўхшаш тақсимоти қўйилган масалани ҳал этмайди. _a нинг рухсат этилган қийматларида биринчи ён япроқларнинг сатҳи катта (-20 дБ орасида) бўлади. Очилиш юзаси четларида суст қўзғатилувчи (1-х²)ⁿ типидаги тақсимот биринчи ён япроқлар сатҳининг паст даражасини таъминлайди, лекин эффекти кам ва нисбатан қийин амалга оширилади. Анализ асосида, юқори апертур эффективлиликда биринчи ён япроқларнинг паст сатҳини таъминлаш масаласини ҳал этадиган ва қуйидагича амалга ошириладиган тақсимот функцияларига талабларни ифодалаш мумкин:

1. 
   f(x) функция монотон тарзда камаювчи бўлиши керак [f ^/(x) < 0]. Акс ҳолда, унинг амалга оширилиши мураккаблашади.
   
2. 
   Апертура чеккаларида майдон сатҳи кичик бўлиши керак. Бу узоқдаги ён япроқлар сатҳининг паст даражасини таъминлаш учун керак.
   
3. 
   Апертура чеккаларида қўзғатиш функциясининг биринчи ифода қиймати манфий ва абсолют қиймат жиҳатдан кичик бўлиши керак. Бошқача айтганда, апертура чеккаларига бориб майдон секин камайиши керак.
   
4. 
   Иккинчи ифода f^//(1) катта ва мусбат бўлиши, яъни қўзғатиш майдони функцияси эгрилиги очилиш юзаси марказида ва чеккаларида бир хил ишорага эга бўлиши керак. Бундан, қўзғатиш функцияси f(x) очилиш юзасида f^//(x)=0 бўлган жойда эгриликка (перегиб) эга бўлиши керакли келиб чиқади.
   

Чизиқли апертура учун келтирилган талаблар айланасимон апертура учун ҳам ўринли. Бу талабларга мос келувчи апертур тақсимотларни оптималлаш масаласи қуйидагича ифодаланиши мумкин: берилган апертур коэффициентли мавжуд бўлган тақсимотлар гуруҳи орасидан биринчи ён яроқлар секторида минимал нурланишни таъминловчи тақсимотни танлаш лозим. Амалий масалаларга ўтган ҳолда, шуни эътиборга олиш керакки, бунда шундай нурлатувчи тизим танланиши керакки унинг йўналганлик диаграммаси унча катта бўлмаган аниқликка эга ҳолда, антенна очилиш юзасини берилган апертуравий эффективликка эга оптимал амплитуда тақсимотини таъминлаши керак. Амалиётда нурлатувчи тизимнинг йўналганлик диаграммаси шундай танланиши керакки, бунда майдон тақсимоти, очилиш юзасида унинг чеккаларига нисбатан юқорида келтирилган талабларга мос тушиши керак. Халақитбардошлилик нуқтаи назаридан, оптимал йўналганлик диаграммаси аниқ халақитли шароитга асосан танланади, шунинг учун антенна тизимида майдон тақсимотини очилиш юзасида бошқариш имконяти кўзда тутилиши керак. Буларга антенна таркибини ўзгартирмаган ҳолда, унинг йўналганлик диаграмммасини бошқариш асосидаги усуллари киради. Масалан, халақит жиҳатдан хавфли йўналишда нурланишни антенна очилиш юзаси қисмини қўшимча қайтаргичлар билан тўсиш асосида сусайтириш мумкин (15.2 - расм).

15.2 - расм. Халақит жиҳатдан хавфли йўналишда нурланишни сусайтириш учун қўшимча қайтаргичларни қўллаш

Барча ҳолларда қайтаргичлар нурлатгичлар майдони асосида қўзғатилади, уларнинннг ўлчами ва жойлашуви эса тажриба йўли танланади. Қўшимча қайтаргичларни 15.2 - расмда кўрсатилганидек, кўзгу чеккаларида ўрнатиш қулай. Антеннанинг узоқ ён нурлатиш сатхини пасайтириш биринчи галда, очилиш юзаси чеккаларига бориб, қўзғатувчи майдон амплитудасининг пасайиши билан таъминланади. Антенна очилишида майдоннинг амплитудавий тақсимоти топилиши мумки, бунда узоқ ён япроқлар сатҳи етарлича тез камаяди. Бунинг учун, майдон тақсимотининг барча ташкил этувчилари кўзгу чеккасида нолга тенг бўлиши керак. Бундай функциялар мавжуд. Улардан бири f(ρ) = exp{b[l-(l – ρ²)^-2]} кўринишга эга, бу ерда ρ – марказдан кўзгунинг бирор нуқтасигача бўлган масофа; b – доимий коэффициент. f⁽ⁿ⁾(±l) = 0 лигига ишонч хосил қилиш мумкин. Бундай функциянинг доимий параметрларини танлаш орқали, кенг миқёсда қўзғатувчи функция турини бошқариш мумкин. Хусусий ҳолда улар кўзгунинг катта қисмида чизиқлига яқин тақсимотни ифодалайди. Бунда узоқ ён япроқлар сатҳи кичик, антенна очилиш юзасидан фойдаланиш коэффициенти етарлича катта бўлади. Лекин бунинг имкони фақат жуда катта апертураларда амалга оширилади, натижада амалиётда бундай тақсимот жуда катта очилишга эга бўлган антенналар учун фойдали ҳисобланади. Максимал нурланиш йўналишига яқин соҳадаги майдонни аниқлашдан кўра, антенна чеккаларидаги дифракцион ҳодисалар билан боҳлиқ бўлган узоқ ёндош нурланиш соҳасидаги тақсимот интенсивлигини аниқлаш нисбатан мураккаб саналади. Бу соҳада майдонни ҳосил қилиш кўпроқ антеннанинг аниқ схемаси, унинг конструктив тайёрланиш хусусиятлари, яқин жойлашган жисмлар, мисол учун бино, иншоот ва ҳ.з. ларга боғлиқ. Дифракцион майдон интенсивлиги дифракцияларнинг геометрик назарияси (ДГН) методи асосида баҳоланиши мумкин. Берилган ярим фазода майдонни сусайтиришнинг бошқа йўли майдон нурланишини (ёйилишини) сусайтирувчи махсус экранларни қўллаш ҳисобланади. Бу усул рупорсимон антенна мисолида кўрсатилиши мумкин. Рупорнинг оддий конструкциясида рупор очилиш юзаси чеккаларида майдон дифракцияси антеннанинг орқа ярим фазосида маълум нурланишни юзага келтиради (15.3, а - расм). 15.3, б - расмда айни шу рупор махсус экранлар асосида кўрсатилган.

15.3 - расм. Махсус экранларни қўллашга мисол

Экранлар, фокал линиялари рупор чеккалари билан мос тушган параболик цилиндр сирт қисми кўринишида тайёрланган. Бундай схемада орқа ярим фазода нурланиш даражаси сезиларли камаяди, лекин конструкция жуда мураккаб бўлади. Кўзгули антенналарда 15.4 , а, б - расмда кўрсатилган нисбатан содда ясси экранлар қўлланилиши мумкин. Битта экраннинг қўлланилиши орқа ярим фазода майдон даражасини 8...14 дБ га, иккита кетма-кет жойлаштирилган экранлар майдон сатҳини 20...25 дБ га камайтириш имконини беради. Бу экранлар листли металдан ёки зич жойлашган ўтказгичли тўрдан ясалиши мумкин, бунда экраннинг тайёрланиш ва ўрнатилиш аниқлигига қаттиқ талаблар қўйилмайди.

15.4 - расм. Кўзгули антенналарда оддий экранларни қўллашга мисол


Дифракцион майдонларнинг интенсивлигини камайтиришнинг яна бир йўли, антенна очилиш юзасининг деформациясига асосланади. Агар очилиш юзаси, маркази параболоид фокал ўқида ётган айланани ташкил этса, контурнинг барча нуқталари синфаз қўзғатилади, бу θ = 180° йўналишда дифракцион майдоннинг юқори даражасини ифодалайди. Бу майдон даражасини камайтириш учун, параболоид четига шундай шакл бериладики, чеккаларнинг алоҳида соҳалари билан қўзғатилаётган парциал дифракцион майдонлар θ = 180° а яқин йўналишда фазалашмаган бўлади. 15.5 - расмда фазани ўзгартирувчи чеккаларнинг турли типлари келтирилган (спиралсимон, учбурчак, япроқсимон).

15.5 - расм. Фазани ўзгартирувчи чеккаларнинг турли типлари

Улар θ = 180° га яқин йўналишда нурланишни 5...6 дБ га камайтиради. Очилиш юзасининг чеккаларида майдон тақсимоти нолгача тушадиган антенналар ён, ҳамда орқа ярим фазода япроқларнинг паст даражасига эга. Апертурада майдон тақсимоти кўзгу чеккаларида нолга тушувчи тақсимотга эга бўлади, агар антенна юзасининг четки сирти радиоютувчи материал билан қопланган бўлса. Лекин эффектив ва арзон бўлган радиоютувчи материалларнинг йўқлиги, бундай қурилмаларни кенг қўллаш имкониятини бермайди. Шунинг учун, антеннанинг узоқ ёндош нурлатишларини камайтиришга эришиш осонроқ. Бу антенна четки қисмларининг радио ютувчи материалдан эмас, балки қисман радио шаффоф материалдан тайёрланиши билан боғлиқ. Бундай материални, юзаси тешиклардан иборат перфорацияланган металл сирт кўринишида тайёрлаш осон. Тешиклар ўлчами ва жойлашиш зичлигини ўзгартириш орқали майдон сочилиш интенсивлигини камайтириш мумкин (15.6 - расм).


15.6 - расм. Перфорацияланган металл сирт

Якунда шуни айтиш мумкинки, антеннанинг узоқ ёндош нурланишига (яқин нурланишига ҳам) кўзгунинг тайёрланиш технологиясидаги хатоликлар билан боғлиқ бўлган амплитуда – фаза тақсимоти тасодифий хатоликларнинг мавжудлиги таъсир этади. Сунъий йўлдошли ва космик радиоалоқа учун мўлжалланган РРЛда қўлланиладиган рупорсимон параболик антенналар (РПА), нурлатгичи ташқарига олиб чиқилган антенналар (НТА) каби ўқ бўйича носимметрик антенналар етарлича ҳимоя хоссаларига – ЭММга эга. Қўшимча чораларни қўллаш, бу антенналарнинг ҳимоя хоссаларини янада оширади. Усуллардан бири, РПА очилиш юзасида унинг чеккаларига бориб кескин тушувчи майдон тақсимотини ҳосил қилиш ҳисобланади. Бунинг учун, таъминловчи рупор нурланиш характеристикасини ўзгартириш керак. Агар таъминловчи квадрат тўлқин ўтказгичда Н₁₀ асосий тўлқин билан бирга ЕН типидаги иккита гибрид тўлқин қўзғатилса, очилишда унинг чеккаларига бориб кескин тушувчи майдон тақсимотини таъминлаш мумкин. Бу каби натижаларга нурлатувчи оддий рупор ўрнига гофрланган рупор ёки синиқ чизиқли рупор орқали эришиш мумкин. Ёпиқ схема асосида ясалган, нурлатгичи ташқарига олиб чиқилган антенналар ён томондан, РПА каби экранловчи деворлар билан ҳимояланган. Халақитбардошлилик нуқтаи назаридан, бундай антенналар РПА билан бир хил. Экранловчи ён деворлар ва атмосферадаги ёғингарчиликлардан химоя очилиш элементлар бўлмаганда, очиқ схема асосида ясалган, НТА конструктив жиҳатдан соддароқ (12.7 - расм). Очиқ НТАнинг халақитбардошлилиги асосан нурлатгичнинг йўналганлик хоссаларига боғлиқ ва оқилона лойиҳалашда РПА халақитбардошлилиги билан бир хил бўлиши мумкин. НТА учун яхши нурлатгич сифатида ўқи ўзгартирилган ва эгри кесилиш синишга эга фазалашмаган рупорни келтириш мумкин (12.8 - расм). Ён нурланишни камайтириш ва бир – кўп кўзгули ўқ бўйича носимметрик антенналарнинг ҳимояланганини ошириш учун, турли хилдаги химоя экранлари қўлланилади. 15.7, а - расмда антенна контури бўйича ўрнатилган орқа ярим фазодаги ва узоқ ён нурланишни сезиларли камайтирувчи (5...10 дБ) цилиндрсимон экран (бленда) кўрсатилган. Экран узунлиги, одатда шундай танланадики, чеккадаги қўзғатилиш даражаси нолга яқин бўлиши керак. Орқа соҳаларда нурланишни камайтириш кўзгу чекка қисмларини думалоқлаштириш орқали таъминланиши мумкин (15.7, б - расм).

15.7 - расм. Кўзгу чекка қисмларини думалоқлаштириш ва блендаларни қўллашга мисол

Кўрилаётган антенналарда ЭММни яхшилаш учун, чекка токлар фазалашувини алмаштириш қўлланилади. Кўзгули антенналар халақитбардошлилигининг сезиларли камайиши кроссқутбланиш нурланиш сатҳи билан белгиланади. Бу нурланишнинг катта даражаси диагонал, асосий Е ва Н текисликлар билан 45° бурчак ташкил этувчи текисликда юзага келади. Кроссқутбланиш нурланиш даражаси махсус типдаги нурлатгични қўллаш ҳамда нурлатилгандан сўнг кесишувчи ташкил этувчиларни бостириш орқали сусайтирилади. Бунинг учун, ютувчи материалга ёпиштирилган бир чизиқдаги ўтказгичли тўр кўринишидаги кўзгулар қўлланилади, натижада антенна майдонининг кроссқутбланишни кўндаланг ташкил этувчиси сусайтирилади. Бир чизиқли тўр ўтказгичлари кўзгу очилиш юзасида асосий қутбланишга перпендикуляр жойлаштирилиши мумкин, бунда уларни ютувчи материаллардан тайёрлаш мақсадга мувофиқ. Бундай тўр кўзгунинг кроссқутбланган нурланишлар қўзғатилаётган қисмларини (очилиш юзасининг учдан бир қисмини ташкил этувчи, сусайтириш текислигига 45° бурчакда бўлган соҳаларни) тўсиши мумкин. РРЛда қўлланилаётган перископик антенналарнинг халақитбардошлилигини ошириш учун, кўрсатилган чоралардан ташқари, нурлатгич ўлчамлари нурлатгич – қайта нурлатгич соҳада энергия кам даражада оқишини таъминлаган ҳолда танланади (таянчнинг берилган баландлигида ва қайта нурлатгич диаметрида). Қўшимча халақитбардошлилик нурлатгични таянч асосидан олиб чиқиш орқали таъминланади. Бунда таянчнинг фақат юқоридаги кўзгуга бирлашган қисмигина қўзғатилади. Халақитбардошлиликка таянч тури муайян таъсир кўрсатади. Яхлит силлиқ труба кўринишидаги таянч кам таъсир кўрсатади. Панжарасимон таянчлар бирин-кетин жойлашган панжарани ташкил этиб, электромагнит тўлқин тушганда, панжаранинг ўзи интенсив нурланиш хосил қилади. Антеннанинг олдиндан маълум бир ёки бир неча йўналишда нурланишини ташқарига олиб чиқилган ҳимоя экранлари ёрдамида амалга ошириш мумкин. Улар антенна олдида халақит берувчи сигнал йўналишида жойлаштирилади. Содда, фигурали (бир алоқали) ва кўп алоқали химоя экранлари фарқланади. Содда экранларга халқасимон ва секторли экранлар киради. Ҳалқасимон экранларни қўллашда майдон қабул нуқтасида учта қисмдан иборат: манбанинг тўғри майдони, ҳалқа ички ва ташқи чеккаларидаги дифракцион майдон. Ҳалқанинг радиуси Френел зонасининг биринчи зонаси радиусига ва ташқиси иккинчи зона радиусига тенг бўлганда (15.8, а - расм), халқасимон экран «нурланиш манбаи – ҳалқали экран» тизим ўқи йўналишида майдонни сезиларли кучайтиради.