Первая из представленных ОДС образована пересечением областей Wt и Wi, ограниченных кривыми постоянной заданной мощности P(ZBi)=Pj,min (кривая /) и постоянного заданного КПД t](Za )=rim*n (кривая 2). Кривая 3 - нагрузочная кривая транзистора Pj (Zai)=const=fj to 3., поэтому ОДС Wni (заштрихованная область вне кривой 3) отражает требования к входному сопротивлению излучателя на частоте п-й гармоники. С помощью указанных ОДС при разработке АУМ может быть решена следующая задача: определить геометрические размеры СА, обеспечивающей иа частоте /< P>-Pmin и Т1> >-г\тгп при МОЩНОСТИ излучения на частоте п-й гармоники не более Рп тах.

При решении этой задачи входные сопротивления СА на рабочей и иа частоте гармоник должны одновременно удовлетворять следующим условиям:

ZatW е Wy п== 2, 3. 4 ... , (4.40)

Zai(X)W iy, (4.41)

которым соответствует критериальная фунщия м м

Ф W = 2 1 (Х)] +2 i-** wi (4.42)

где fni (X) - функция, описывающая конфигурацию ОДС Wni и обладающая такими же свойствами, как функция fi(X). Функцию (4.42) необходимо использовать вместо олраничения (4 39) при синтезе СА антенн усилителей мощности с ограниченным уровнем гармоник.

В практике активных антенн часто предъявляются требования к неравномерности их частотных характеристик. В этом случае можно использовать ОДС, представленную иа рис. 4.27, г. Если речь идет о проектировании транзисторной активной передающей антенны, то такая ОДС Wi может быть образована двумя нагрузочными характеристиками: Р{Ел{)=Ртах (кривая /, ограничивающая область Wj) и (Zaj) =Я,то*-(кривая 2, ограничивающая опорную область Wa), где Ртах и APj-максимальная мощность излучения и допустимое отклонение от максимального значения. Требования к входному сопротивлению СА в полосе частот задаются построением семейства ОДС аналогичной конфигурации.

Для перечисленных выше случаев логические формулы ОДС и соответствующие им уравнения чертежа имеют следующий вид:

первый случай

Wt=Wi, Vi (X) = Та/Ттах- 1 ; (4.43)

второй случай

Wt = W(] W. vi(\) = V: (X) Л V (X) = (X) +1 3 (X)-

-VEMJTlMXiF; (4.44)

третий случай: иа рабочей частоте

Г, = .П 5. V{(X) = (X) д Г5 (X) =х г. (X) + об (X) -

-V\tkЩF+KЩF (4.45) на частоте гармоники nf,

W i = W, t. ,- (X) = I., (X) = -fe (X) : (4.46) £6

четвертый случай W{=Wj(]s гари W,c:Wb;

vt (X) = V, (X) Д V, (X) = о, (X) + г, (X)- УЕосх)] + lrg(X)] . (4.47)

В приведенные выражения для f.(X), t; s(X) входят функции Vx{x), k== = 1, 2..., описывающие конфигурацию опорных областей ОДС. Опорные области ОДС третьей и четвертой конфигурации ограничены нагрузочными характеристиками мощного транзистора, которые, как показывают расчеты, можно аппроксимировать эллипсами. Следовательно, функции Vi(X),..., Va{X) могут быть определены нз приведенного в § 44 уравнения (4 26) при соответствующей замене величин Кви(Х), Хни(Х) на /?а.(Х), Ха.(Х). Если в этом уравнении принять a, = bt и а,=0, то получим функции rfc(X) опорных областей, ограниченных окружностями (рис. 4.27,6).

Возможность определения с помощью лишь одного уравнения значений функций fft(X) для всех рассмотренных опорных областей позволяет значительно упростить алгоритмизацию вычислений функций viiX) сложных ОДС. Кроме того, полученные с помощью метода /{-функций выражения для функций Vi{X) просты по структуре, так как при их формировании используются лишь две операции: отрицание и К-конъюнкция. Указанные свойства приведенных выражений позволяют реализовать несложный универсальный алгоритм формирования целевой функции, пригодный для параметрического синтеза пассивных СА, а также СА приемных и передающих активных антенн. Проиллюстрируем возможность применения предлагаемой методики.

Пример. Рассмотрим параметрический синтез по заданной ОДС и форме ДН антенны, состоящей из пассивного и активного несимметричных вибраторов. По условию задачи антенна для согласования с транзистором должна иметь на частоте 1,6 ГГц входное сопротивление Zai= (9-/13)±2 Ом. Требуемая ДН представлена на рис. 4.28 (кривая /).

Электродинамический анализ излучателя заданной структуры был выполнен методом, основанным иа решении системы интегральных уравнений Гал-лена [39]. Оптимизация проводилась с помощью алгоритма скользящего допуска [16] при использовании выражений (4.34), (4 39); ОДС представлялась в виде окружности с центром в точке оптимального согласовании и радиусом, равным 2 Ом. Компонентами

вектора варьируемых параметров g 02 0,6 08 /

были выбраны длины активного , ,

Хи пассивного вибраторов и р с. 4.28. Диаграмма направленности двух-расстояние между ними Хз. Тол- вибраторной антенны щина вибраторов принималась

равной 0,0077Я. В результате решения задачи получены следующие геометриче-ише размеры антенн: Xi=43.4 мм, Xs=41,9 мм, As=26,7 мм. Диаграмма направленности антенны с такими параметрами показана иа рис. 4.28 (кривая 2), i ее входное сопротивление равно (10-/14,5) Ом.

Из изложенного материала следует, что использование выражений (4.39), (4.42) в качестве целевых функций или ограничений при оптимизации СА активных антенн приводит к увеличению быстродействия алгоритма оптимизации по сравнению со случаем применения среднеквадратического и чебышевского критериев. Это обусловлено следующими причинами. При параметрическом синтезе СА по заданным ОДС н ДН требования к входному сопротивлению антенны задаются на одной частоте не в виде точки на комплексной плоскости, а в виде области, представляющей собой множество значений величины Za, при которых выполняются требования к тем эне{)гетическим параметрам проектируемого устройства, которые зависят от ЧХ входного сопротивления СА. Поскольку ОДС практически всегда занимают значительную часть площади от всей комплексной плоскости, функция (4.39) или (4.42) минимизируется за относительно небольшое количество шагов оптимизации, так как любые значения входного сопротивления СА, попадающие в заданные на нескольких частотах ОДС, обращают критериальную функцию в нуль.

б. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

АНТЕНН

Важным параметром передающих антенн, в том числе АПА, работающих гри пониженном давлении окружающей среды, например антенн, устанавливаемых на летательных аппаратах, является предельная мощность излучения, которую может излучать антенна, не вызвав СВЧ пробоя окружающей среды. Учет возможности возникновения СВЧ пробоя становится особенно важным для активных передающих антенн в связи с наметившейся перспективой создания мощных АП.

Прн неблагоприятных условиях, существующих в верхних слоях атмосферы (низкое давление, высокая начальная концентрация свободных электронов), пробой может произойти при подводимой мощности в единицы или даже доли ватт. РазрядоустойчивооЕь антенны, которая характеризуется мощностью пробоя, находится в сильной зависимости от конструкции антенны и ее размеров.

Так, например, зависимость предельной мощности, излучаемой антенной заданных размеров и оптимальной конструкции (т. е. конструкции, при которой

создается наиболее равномерное распределение напряженности электрического поля в ближней зоне), от ее размеров, приведенная на рис. 5Л [12], показывает, что на частоте 150 МГц и при давлении 0,2 Тор мощность снижается до 0,7 Вт при максимальном размере /?Д=0,01. Если при определении характеристики отклонения конструк-

ЮОО 100 W

0,010,0г 0,05 0,1 0,2 OSR/i

Рис. 5.1. Зависимость максимальной мощности от размеров для антенны оптимальной конструкции