Исследование структуры информационной составляющей поля рассеяния приемных антенн Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ ПРИЕМНЫХ АНТЕНН

DOI 10.24411/2072-8735-2018-10127

Смирнов Евгений Владимирович,

МТУСИ, Москва, Россия, [email protected]

Ключевые слова: оптическая теорема, эффективность поглощения, основная информационная составляющая, диаграмма рассеяния, приемная антенна, дополнительная информационная составляющая.

В наших предыдущих работах, было показано, что в состав полного поля рассеяния произвольной приемной антенны (ППРА) входит информационная составляющая (ИСПРА), ответственная за передачу информации от плоской волны к нагрузке антенны, и определены ее основные параметры (комплексная амплитуда и ее форма). Оказалось, что форма ИСПРА центрально симметрична диаграмме направленности антенны в режиме передачи. В тоже время из оптической теоремы известно, что мощность, выделяемая в нагрузке антенны, неоднозначно связана с полной мощностью, рассеиваемой антенной и одной и той же мощности, выделяемой в нагрузке, может соответствовать, как большая мощность рассеяния, так и маленькая. Поэтому можно предположить, что и амплитуда составляющей ППРА, совпадающая по форме с ИСПРА также в общем случае может быть и больше и меньше, чем амплитуда самой ИСПРА. Таким образом, можно говорить о том, что сама компонента ППРА, совпадающая по форме с ИСПРА, имеет некоторую структуру. Она в общем случае может состоять из составляющей, участвующей в передаче энергии от плоской волны к нагрузке антенны и составляющей, которая не участвует в этой передаче, но которая оказывает существенное влияние на мощность, рассеиваемую приемной антенной. Первая в работе называется основной ИСПРА (ОИСПРА), а вторая - дополнительной составляющей ИСПРА (ДИСПРА). За счет в общем случае знакопеременной взаимной мощности между компонентами поля рассеяния полная мощность рассеяния антенны может принимать как максимальное, так и минимальное значения при постоянной мощности, выделяемой в нагрузке антенны, которая определяется только ОИСПРА. В работе выяснена структура ИСПРА, определены амплитуды ОИСПРА и ДИСПРА для общего случая наличия связи между ОИСПРА и остальной частью ППРА. Знание структуры ИСПРА позволило выяснить ее влияние на полную мощность рассеяния, мощность экстинкции и эффективность поглощения приемной антенны. Показано, что эффективность поглощения приемной антенны определяется отношением амплитуд ОИСПРА и ДИСПРА. В конце работы, приводятся результаты сравнения расчетов эффективности поглощения различных приемных антенн, проведенных по предлагаемой в работе методике с известными из литературы данными. Отмечается их очень хорошее совпадение.

Информация об авторе:

Смирнов Евгений Владимирович, Московский технический университет связи и информатики, доцент кафедры технической электродинамики и антенн, Москва, Россия

Для цитирования:

Смирнов Е.В. Исследование структуры информационной составляющей поля рассеяния приемных антенн // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2018. Том 12. №8. С. 19-26.

For citation:

Smirnov E.V. (2018). Research of structure of information component of the scattering field of reception antennas. T-Comm, vol. 12, no.8, pр. 19-26. (in Russian)

В наших предыдущих работах [I], [2], было показано, что в состав полного поля рассеяния произвольной приемной антенны (ГПIP А) входит информационная составляющая (ИСПРА), ответственная за передачу информации от плоской волны к нагрузке антенны, и определены ее основные параметры (комплексная амплитуда и ее форма). Оказалось, что форма ИСПРА центрально симметрична диаграмме направленности антенны (ДН) в режиме передачи, а сама ИСПРА определяется соотношением

2 tk г

В (1) D - КНД антенны в направлении максимума ДН антенны, /^(й,) - комплексная ДН антенны, a k = - вол-

Л

новое число. Вектор п() определяет направление распространения плоской волны, а ёо - ее поляризацию. Было также установлено, что мощность рассеяния ИСПРА равна максимально возможной мощности, выделяемой в нагрузке антенны при выполнении требования равенства сопротивления нагрузки комплексно-сопряженному входному сопротивлению антенны, и не зависит от сопротивления нагрузки. В тоже время из оптической теоремы известно, что мощность, выделяемая в нагрузке антенны, неоднозначно связана с полной мощностью, рассеиваемой антенной [3| и одной и той же мощности, выделяемой в нагрузке, может соответствовать как большая мощность рассеяния, так и маленькая. Поэтому можно предположить, что и амплитуда составляющей Г1Г1РА, совпадающая по форме с ИСПРА также в общем случае может быть и больше и меньше, чем амплитуда самой ИСПРА, определяемой соотношением (I). Таким образом, можно говорить о том, что сама компонента ППРА, совпадающая по форме с ИСПРА, имеет некоторую структуру. Она в общем случае может состоять из составляющей, участвующей в передаче энергии от плоской волны к нагрузке антенны и составляющей, которая не участвует в этой передаче, но которая оказывает существенное влияние на мощность, рассеиваемую приемной антенной. Первая в настоящей работе называется основной ИСПРА (ОИСПРА), а вторая - дополнительной составляющей ИСПРА (ДИСПРА). Исследование структуры ИСПРА важно, как с теоретической, так и с практической точки зрения, так как при планировании и постановке экспериментов но обнаружению и исследованию ИСПРА приемной антенны важно знать при каких параметрах эксперимента в составе рассеянного антенной поля отсутствует ДИСПРА и в ее состав входит только, исследуемая основная ИСПРА.

В случае если реализовать эти параметры в эксперименте не удается, то теория позволит учесть существование ДИСПРА при оценке результатов эксперимента. Работы [1-2] кроме того, что позволили на физическом уровне лучше понять, как происходит передача энергии от плоской волны в нагрузку антенны, заложили основу для дальнейших теоретических исследований физических связей между мощностью, выделяемой в нагрузке, мощностью экстинкции и мощностью составляющих полного поля рассеяния антенны. Актуальность таких исследований вызвана тем, что в последнее время активно обсуждается вопрос о достижимых значениях такого важного параметра любой приемной ан-

тенны, как эффективность поглощения. Причем поскольку на повестку дня встали задачи снижения радиолокационной заметности объектов, с установленными на них антеннами, то и исследования эффективности поглощения бортовых антенн стало необходимо проводить для антенн, удовлетворяющих определенным требованиям к рассеиваемой ими мощности.

В случае отсутствия в полном поле рассеяния антенны ДИСПРА, разработанный в [5-9] подход позволил нам в [10] провести анализ влияния согласования антенны и нагрузки на эффективность поглощения приемной антенны при заданных требованиях к принимаемой и рассеиваемой ей мощности. Но для оценки эффективности поглощения приемных антенн в общем случае необходимо исследовать вопрос о структуре ИСПРА, определить величину ДИСПРА, выяснить ее влияние на полную мощность рассеяния приемной антенны и мощность экстинкции. Решению этих вопросов и посвящена настоящая работа.

При доказательстве существования ИСПРА ( })

и выводе соотношения (1) в [1] существенным было требование отсутствия взаимной мощности (ртШ) между ИСПРА и оставшейся частью полного поля рассеяния антенны, которая поэтому и была обозначена там как ортогональная

(¿,±{л7„,Г[))), понимая под ортогональностью выполнение условия

или, что тоже самое 4 *

А±(п0, г0)Ам (пй, г0 )с/5 = 0 >

$

где '¿п - волновое сопротивление свободного пространства,

а А±(п0,г0)яАм(п„,га) являются комплексными диаграммами рассеяния ИСПРА и ортогональной составляющих

(ОС'ПРА), которые связаны с Е±(п0,Г0)иЁ¡пг{«0,соотношениями

~ - „ -чехр(-¡кг)

ЯдИо.'Ь) = А1{щ,г0)-, (3)

г

Ёы(па,гп) = ~А,п|-(па,г{))еХр* '— *. (4)

г

С учетом выполнения условия (2) полная мощность, рассеиваемая приемной антенной при падении на нее плоской волны равна сумме мощностей рассеяния ИСПРА рт( и

ОСПРА р± . Отсутствие взаимных мощностей между

Еы(п0,г0)п(«„,?(,)указывает на то, что в составе ОСПРА

отсутствует составляющая по форме, совпадающая с ИСПРА. Как видно из (1) форма и амплитуда ИСПРА полностью определяются ДН приемной антенны в режиме передачи. Поэтому с учетом того, что антенны с одинаковыми ДМ могут иметь разные диаграммы рассеяния, выполнение условия (3) может рассматриваться только как частЕ1ый случай задачи рассеяния поля плоской волны приемной антенной.

Прежде чем исследовать тонкую структуру компоненты поля рассеяния по форме совпадающей с ИСГГРА необходимо во-первых доказать само существование ИСПРА в случае Невыполнения условия (2), а во-вторых показать, что она при этом совпадает с ( I ). Основным соотношением, характеризующим процесс взаимодействия приемной антенны и падающей Fia нее плоской волны, является оптическая теорема [4]. Согласно ей, мощность взаимодействия антенны с полем падающей на нее плоской волны равна мощности взаимодействия падающей волны с гюлем рассеяния антенны r направлении распространения волны и имеет вид

ЕД%г0) = ^(в0,г0)----

F(r0) = F(r0)cxpmr0mr0),

(7)

) = —[fQ х ejexp [-ik(«/0

^fi

(10)

где ео —единичный комплексный вектор (|б„|=1), характеризующий поляризацию первичной волны, причем

ё0(г0) = соз уОц + ехр[нг] бш у<р0, (11)

параметры у и к аналогичны величинам >) и /? в (8),

Поскольку нас интересует общий случай, то представим

полное поле рассеяния антенны £.,(/? в виде суммы в общем случае не ортогональных, в смысле (3), полей

£|("оЛ)и ¿MV'b) в виде

Ё, («», ) = Êj («0, г0 )+Ё2 (й0, /j, ) =

/il/-- -ч t/- - чч ехр(ЧАг) = (MnO>ro) + A2(rlù>ro))---I

(12)

(5)

где Я (й0,Я^) - диаграмма рассеяния антенны (ДРА) в направлении распространения плоской волны, /> - мощность,

выделяемая в нагрузке характеризуемой коэффициентом отражения Г, а Рг — мощность, рассеиваемая антенной.

Вектор п0 определяет направление распространения, падающей на приемную антенну плоской волны, а ёо — ее поляризацию. Поле рассеяния антенны Е связано с диаграммой рассеяния А{(пй,г0)соотношением

(6)

где Диаграммы рассеяния составляющих

ППРА и Ё1(пи,ги).

Ввиду того, что в этом случае возникает взаимная мощность между компонентами рассеянных полей

Ё,(п0,г0) иЁ2{я0,г0) равная 1

Рт„, = — 4ElI (л0,.ra ) El (п0 ,г0 V/S,

Zu .

(13)

полная мощность рассеяния антенны Р5 будет определяться соотношением

где Р] и Р, — мощности рассеяния первой и второй компонент поля рассеяния антенны, соответственно, определяе-

мые соотношениями

Комплексная диаграмма направленности (ДН) Р(г11), исследуемой приемной антенны в режиме передачи предполагается известной, причем

где /"*{«,) - нормированная в направлении максимума амплитудная ДМ; Ч'(^) — фазовая ДП; - единичный вектор

в сферической системе координат (г,Э,ф); р(У'й) - единичный комплексный вектор, характеризующий поляризацию Поля излучения антенны,

РЛ 'о) — С03 ехр[//?}5ш ЩЩ, (8)

где параметр //(0 < 1] < я 12) определяет соотношение амплитуд составляющих вектора р{ги); р - фазовый сдвиг

между компонентами; в0иф0~ орты сферической системы координат.

В (6) А.(Йщ'о) ~ диаграмма рассеяния исследуемой антенны (ДРА), облучаемой плоской волной, заданной в форме Шйц ,г0) = ё0 ехр [-¡к (/)„/;, )г], (9)

* -ы

г.(й0.?0)

I I ■ 2

dS =—<jp,(»0,r0) Ш'

С учетом (12) и (14) оптическая теорема (5) может быть приведена к виду

Рг+Ъ-Гш^-Я+Нт, <17>

где Р.. иД —мощности взаимодействия плоской волны с

11П( ЛП1

компонентами поля рассеяния Е, (л0, п0) и Е.(/),,,«0), в па-правлении распространения волны Щ, выражаемые соот-

иошеииями

(18)

(19)

С каждой компонентой поля рассеяния антенны можно связать свой канал взаимодействия, но которому происходит передача энергии от плоской волны к приемной антенне. В дальнейшем канал взаимодействия, образованный за счет

компоненты поля рассеяния будем называть пер-

вым каналом взаимодействия (ПКВ), а компоненты

¿■-('V'«) ~ вторым каналом взаимодействия (ВКВ).

Использование каналов взаимодействия позволит не только оценить, какая мощность экстинкции отбирается но этому каналу, но и понять, на что она тратится и в итоге найти составляющую поля рассеяния однозначно связанную с передачей мощности от плоской волны к нагрузке приемной антенны, то есть определить основную ИСПРА,

Для этого вначале определим условие, которому должно

удовлетворять поле £г{й0,Е).( при котором, мощность, отбираемая по ПКВ, не тратится на мощность, выделяемую в нагрузке. Как видно из (17) таким условием является равенство нулю его правой части, то есть

Р2 + Рс = Р*ы- (2°)

При этом мощность, поступающая от плоской волны по второму каналу взаимодействия P2im, расходуется только на

мощность, выделяемую в нагрузке р и на мощность Д

компоненты поля рассеяния E^n^f^), а мощность, поступающая от плоской волны по ПКВ , будет тратиться только на мощность компоненты поля рассеяния

Ei(riu,Fu) Pt и на взаимную мощность Рта! между компонентами полей рассеяния £[(/?„,/70) ё Е2(Л0)Й0)

р\ + р,ш„ = Р]М • (21)

В дальнейшем при исследовании (20) для определенности будем полагать, что приемная антенна нагружена на нагрузку комплексно сопряженную входному сопротивлению антенны в режиме передачи. При этом мощность, выделяемая в нагрузке, определяется соотношением 7TD

2 k-Za

(22)

Для определения остальных величии, входящих в (20) представим диаграмму рассеяния второго ноля в виде

A2(n0,rQ) = A2F2(n0,r0) =

А,

е'^Ч,/;,),

(23)

где /v,(л?„,) — комплексная нормированная к максимуму

диаграмма рассеяния второго поля, а

4

и <р - модуль и

аргумент комплексной амплитуды диаграммы рассеяния

Подставляя в (16) и (19) ¿¡(й.,^) из (23) получим выражения для Р2 и Р-,т1 в виде

Р =

2 я

z0d2

А,

о _ .

2/Т

kZ„

А,

а ■

(24)

(25)

где D-, - максимальное значение КПД диаграммы рассеяния А-,(пд), а а определяется соотношением

а = Jm

Л JL Со, с"Р.Г2(.ПьЛ))

(26)

Подставляя в (20), приведенные выше выражения для Pt,

Р, и Рг получим для

А,

квадратное уравнение в форме

А,

D, +—а к

А,

ДД

4 к2

= 0,

решение которого, в общем случае имеет вид

А,

D2 , I 2 D =—Ч-а±,\а--

2к V D2

(27)

(28)

Поскольку нас интересует составляющая поля рассеяния однозначно связанная с мощностью, выделяемой в нагрузке, то согласно (28) для этого должно выполняться условие

7)"

(29)

В (29) перед корнем взят знак минус, так как искомое

значение

А,

должно оыть положительной величиной.

С учетом (29) модуль комплексной амплитуды составляющей поля рассеяния однозначно связанной с мощностью, выделяемой в нагрузке антенны, определяется соотношением

А,

2 к

С(-я0>-ё0)

(30)

Для определения входящего в (30) D2 необходимо знать

форму нормированной диаграммы рассеяния , ко-

торая может быть определена из (29) записанного в форме

т

Jm

(FM0).e0)

(31)

Представляя (е 'Фг F2(H0,n0),eo) как

■<Р:

(7% (Я,,,«,,). е0)

(31) можно переписать в следующем виде

(F2(«0,«0),eo)

(32)

При определении формы Е1(п01п[1) нужно учесть, что

(32) должно выполняться при любых углах облучения антенны, Этому требованию удовлетворяет, например функция

(33)

При этом О, = й и с учетом этого соотношение (30) принимает окончательный вид

А2 D

~2к

(34)

Jm\ U„]

в виде

я

4?, = — + arg(F(-rt0),eo)

(35)

(36)

D

2ik

(37)

А. = -

2 к

f-l± II-

D

A«i2

л

где йг, =

ёо, е^ЛяоА))

у

С учетом (40) выражение для ПДРА принимает вид

(40)

(41)

Подставляя (33) в (32) можно определить (р, из соотношения

Подставляя в (23) значения входящих в него величин из (33), (34) и (36) получим выражение для основной информационной составляющей диаграммы рассеяния антенны в виде

Обычно, как и в [3], при исследовании задач рассеяния плоской волны на приемных антеннах (42) рассматривают, как единую целую диаграмму рассеяния антенны, амплитуда которой в зависимости от знака может принимать два значения. Мы же будем рассматривать (42) как сумму двух ДР реально существующих разных полей рассеяния - основного

Еш(п0,г0') и дополнительного Ё„м(пп,г1)), причем соответствующие этим полям ДР определяются соотношениями

ЯЖ*Ь) = УХщ,ги) = ЛъЛ*.■ га) (43)

2 к

С учетом (37), ОИСПРЛ будет определяться соотношением

= (38)

2 ik г

которое полностью совпадает с аналогичным соотношением для ИСПРЛ (1), полученным в [1] для случая отсутствия взаимодействия между ИСПРА и остальной частью ПИРА.

Таким образом, в общем случае поле рассеяния произвольной приемной антенны, облучаемой плоской волной может рассматриваться как сумма поля ОИСПРЛ

Е£(й„70), которое полностью определяется комплексной

ДН антенны в режиме передачи и поля Ei(ii(rr{t) равного

разности между полем рассеяния антенны Es(n0>ra) и полем ОИСПРА, то есть

2ik г

Поскольку ранее мы предполагали, что в общем случае может существовать взаимная связь между ОИСПРА и полем £'i(w1)J/|1), то это означает, что в состав поля («„,/;,)

входит дополнительная ИС1IPA (ДИС1IPA). Так как фазовая и амплитудная диаграммы рассеяния (ДР) ДИСПРД совпадают с ДР ОИСПРЛ, то для ее полного определения необходимо найти только амплитуду ДИСПРД. Для этого вначале рассмотрим чем определяется амплитуда ДР ППРА

А(щ,г0). Как известно [3] при заданных амплитудной и

фазовой ДР ППРА амплитуда ДР с учетом принятых в настоящей работе обозначений может быть представлена в виде

Da,

D

(44)

В (43) и (44) АЫи и АиЛ1 - действительные амплитуды

ДР основного и дополнительного полей, соответственно, равные

п п

(45)

А

2 к ' Da.

2 к

1-

D

Dar

(П-я0)%)

(46)

Вначале такое представление ППРА в виде суммы двух реальных физических полей, которые имеют одинаковые фазовые и амплитудные ДР, но разные действительные амплитуды кажется довольно искусственным математическим приемом. По здесь следует принять во внимание тот существенный факт, что основное и дополнительное поля рассеяния антенны вводимые таким образом несмотря на то, что их фазовые и амплитудные ДР совпадают, зависят от разных физических величин.

Основное ноле рассеяния не зависит от мощности, выделяемой в нагрузке антенны, а дополнительное поле зависит и как следует из (46) при определенных соотношениях между КПД ППРА в направлении падения волны и КПД антенны в направлении на источник волны может вообще отсутствовать. При этом основное иоле будет существовать. Поэтому используемое ниже представление ППРА в виде суммы реальных основного и дополнительного полей рассеяния имеет под собой не только математическое, но и физическое обоснование. Ниже эффективность такого представления ППРА демонстрируется на примере определения амплитуды дополнительной ИСПРА. Так как [ П1РА состоит из основного и дополнительного полей рассеяния, то вначале надо определить частью, какой из этих составляющих, является ОИСПРА. Напомним, что основным требованием при определении ОИСПРА было выполнение условия однозначной связи между полем ОИСПРЛ и мощностью, выделяемой в нагрузке приемной антенны. 11оэтому предположение о том, ЧТО ОИСПРА является частью дополнительной составляющей ППРА можно не рассматривать, так как при этом за счет знакопеременное ш дополнительной компоненты не обеспечивается упомянутое выше требование однозначности.

7ТЛ

Поэтому можно считать, что ОИСПРА является частью только основного ноля рассеяния. Поскольку фазовые и амплитудные ДР и Е„л.'(п(,,Г0) одинаковы, то это означает, что они имеют одинаковый спектральный состав,

НО При этом амплитуды составляющих в EÍKu (>1п, У'(]) отличаются ог амплитуд составляющих в Ёьш(п0,г0) во столько раз во сколько раз отличается амплитуда поля дополнительного поля рассеяния АаМ от основного А . С учетом этого

замечания и того, что ОЙСПРА в составе дополнительного поля отсутствует для амплитуды дополнительной ИСГ1РЛ jC можно сразу записать выражение вида

Ah"s Л

jadd _ ^'inr' illU _ Jbus ы--A mí 2 '

где а, имеет вид

D

Da;

(47)

(48)

Ч -

К,

(53)

Входящая а (53) мощность, выделяемая в согласованной нагрузке приемной антенны, определяется соотношением (22). Мощность поля рассеяния Р складывается из суммы

мощностей основного Р ^ и дополнительною нолей рассея-

ния Р ,, и их взаимной мощности Р . Величины этих

паи тш

мощностей легко определяются из (14), (15) и (16) при подстановке в них вместо и Л, (п0,г0) выражений

("оЛ)

4 аск(

(54)

2 k2Z,

ТЛ 2 jjiuld

^ - ' Р =Р -р Р =+1 Р

J ГиМ rbas L > тш

Abas

'О nnf

С учетом (54) выражение для мощности экстинкним принимает вид

Р=2Р 1±

А№

Л1г,1

А ■ I

inf

(55)

Подставляя в (53) значения, входящих в него величин из (22) и (55) и проведя элементарные преобразования, окончательно получим соотношение для эффективности

поглощения произвольной приемной антенны в форме

/

(56)

1

jadd X

1+4*-

С учетом (47) и (48) окончательно для ДР А^(И0,Г0) и

ноля ДИСГ1РА Ё"^'(п0,Г0) можно записать выражения

Пп - ■ * А^(ЪЛ) = —(П-П»)- Ц,) ^НЦ (49)

2 ¡к

(50)

Ък г

Таким образом, установлено, что составляющая ДР и

ПИРА совпадающая по форме с ИСПРА Е.^Дй,,,^) является

суммой двух полей и Ё"^'(п„,г{]), определяемых

соотношениями (38) и (50) и имеют вид

= + (51)

= + (52)

Причем в передаче информации от плоской волны к нагрузке антенны, участвует только основная составляющая

а дополнительная составляющая Е^(п0,г0) в

ней не участвует, но. как будет показано ниже, оказывает существенную роль в формировании ПИРА. И поэтому в значительной мере влияет на такой важный параметр приемной антенны, как ее эффективность поглощения 1]. Этот параметр указывает какая часть мощности, отобранная у плоской волны приемной антенной, выделяется в ее нагрузке и определяется соотношением

Р, _ Р,

В выражении (56) полагается, ч то амплитуда А"^' может изменяется в пределах от— А^ до и поэтому в нем

оставлен только знак плюс. Из анализа (56) видно, что эффективность поглощения приемной антенны полностью определяется соотношением амплитуд дополнительной и основной информационной составляющей ППРА, то есть структурой ИСПРА. Ниже на рисунке 1 приведены результаты сравнения, вычислений эффективности поглощения приемных антенн разного типа но соотношению (56) с известными из литературы данными для этих антенн.

m

0.8

0,6

1

ООО

04

0.2

.0.079.

/

/ /

/ /

X

-1

-0 841.

-0.5

0.5

Д8Й5,

Рис. I. Зависимость эффективности поглощения приемных антенн о т соотношения амплитуд дополнительной и основной

iOdd

составляющих ИС1 !РД ,, =

<с

Литература

Сплошная кривая (/;;) относится к результатам представления эффективности поглощения произвольных приемных антенн через параметры составляющих ИСПРА (соотношение (56)), а кружочки (/7) - к известным из литературы результатам определения эффективности поглощения различных апертурных и проволочных антенн ¡11]. Ниже приводится краткое описание рассматриваемых в [11| антенн, причем нумерация идет снизу вверх по рис. 1.

1 — коаксиальный излучатель

2 - антенна Грина с г}= 1/6.

3 - рупор с средним углом раскрыва.

4 - оптимальный рупор №2.

5 - оптимальный рупор №1.

6 - открытый конец волновода.

7 - рупор с малым углом раскрыва.

8 - антенна Грина с 1/2.

9 - антенна Грина с /]-2В.

10 — оптимальная решетка.

Сравнение, результатов расчета эффективности поглощения приемных антенн разного типа, полученных с использованием, найденных в настоящей работе амплитуд составляющих ИСПРА, с известными из литературы результатами, показывает их очень хорошее совпадение. Максимальное отличие составило -(2-4.7)% для антенн типа 1.3,4,5, что может быть объяснено использованием авторами публикаций численных методов при оценке эффективности этих антенн. В случае использования для расчета эффективности аналитических методов, как в случае антенн 2,8,9, наблюдается полное совпадение ваших результатов с результатами, известными из литературы. Такое хорошее совпадение независимых результатов по оценке эффективности поглощения приемных антенн позволяет сделать вывод о том, что, выявленная в настоящей работе структура информационной составляющей полного поля рассеяния приемных антенн позволяет не только адекватно оценивать интегральные характеристики рассеяния и приема антеннами, но и получить ясную физическую картину самого процесса приема информации.

1. Смирнов Е.В. Об информационной составляющей поля рассеяния приемных антенн // INTERMATíC 2014 Материалы Международной научно-технической конференции "Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения", 1-5 декабря 2014г.,г. Москва. М.: МИРЭА, 2014. Часть 5. С.19-23.

2. Смирное Е.В. Исследование информационного канала взаимодействия произвольных приемных антенн // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2015. Т. 9. № 7, С. 41-46.

3. Ерохин Г.А. О достижимых характеристиках а трехмерных задачах синтеза пассивных рассеивателей // РЭ. 1986. Т.31, С. 1447-1450.

4. Ерохин Г.А. Оптическая теорема для приемных антенн и ее следствия // РЭ. 1990. Т. 35. С. 2065-2071.

5. Смирное Е.В. К вопросу оценки эффективности приемных антенн // INTERMATIC 2016 Материалы Международной научно -технической конференции "Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения", 21-25 ноября 2016 г. М.: МИРЭА, 2016, Часть 5, С. 189-194.

6. Смирнов Е.В. Минимизация рассеяния приемных антенн при заданной принимаемой мощности // Антенны. М.: ИПРЖР, 2008. №2(129). С. 74-80.

7. Смирнов Е.В. Исследование влияния диаграммы направленности антенны на каналы взаимодействия плоской волны с рассеянным антенной полем // Труды НТОРЭС им. А.С. Попова, 2010, вып. LXV. С. 14-16.

8. Смирнов Е.В. Применение метода ортогональных составляющих в задачах рассеяния приемных антенн // INTERMATIC 2015 Материалы Международной научно-технической конференции "Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения1", 1-5 декабря 2015 г. М,: МИРЭА, 2015. Часть 5. С. 274-278.

9. Смирнов Е.В. Исследование трехканалыюй модели произвольных приемных антенн II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2016. Т. 10. №9, С. 9-13.

10. Смирнов Е.В. Исследование влияния согласования антенны и нагрузки на эффективность поглощения приемной антенны II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Т. П. №12. С. 21-25.

11. Andersen J.В. and Frandsen A. Absorption Efficiency of Receiving Antennas II IEEE Trans. Antennas Propagar, vol. 53, 110. 9, pp. 2843-2849. Sept. 2005.

7TT

RESEARCH OF STRUCTURE OF INFORMATION COMPONENT OF THE SCATTERING FIELD OF RECEPTION ANTENNAS

Evgeniy V. Smirnov, Moscow Technical University of Communications and Informatics, Moscow, Russia, [email protected]

Abstract

In our previous works, it was shown that the full scattering field of an arbitrary receiving antenna (PPRA) includes the information component (ISPRA) responsible for the transmission of information from the plane wave to the antenna load, and its main parameters (complex amplitude and its shape) are determined. It turned out that the shape of the ISPR is centrally symmetric to the antenna radiation pattern in the transmission mode. At the same time, it is known from the optical theorem that the power emitted in the antenna load is ambiguously related to the total power dissipated by the antenna and the same power emitted in the load can correspond to both large and small scattering power. Therefore, it can be assumed that the amplitude of the PPRA component, coinciding in form with the ISPRA also in general can be greater and less than the amplitude of the ISPRA itself. Thus, we can say that the component of the PPRA, coinciding in form with the ISPRA, has some structure. It can generally consist of a component involved in the transmission of energy from a plane wave to an antenna load and a component that does not participate in this transmission, but which has a significant effect on the power dissipated by the receiving antenna. The first one is called the main ISPRA (ISPRA) and the second additional component ISPRA (VARPA). Through in the general case of alternating mutual power between the components of the stray field of the full power dissipation of the antenna can take both maximum and minimum values at the constant power allocated in the load of an antenna is determined only by OSPRA. In the work clarified the structure ISPRA, determined the amplitude of OSPRA and VARPA for the general case of a connection between OSPRA and the rest of PPRA. Knowledge of ISPR structure allowed to find out its influence on the full power of scattering, power of extinction and efficiency of absorption of the receiving antennas. It is shown that the absorption efficiency of receiving antenna is determined by the ratio of the amplitudes of OSPRA and VARPA. At the end of the work, the results of the comparison of the efficiency of absorption calculations of various receiving antennas carried out according to the proposed method with the data known from the literature are presented. They are a very good match.

Keywords: optical theorem, absorption efficiency, basic information component, scattering diagram, receiving antenna, additional information component.

References

1. Smirnov E.V. (2008). Minimizing scattering reception antennas at a predetermined received power. Antennas, no. 2(129), pp. 74-80.

2. Smirnov E.V. (2010). Investigation of the influence of the antenna pattern on the channels of communication with scattered plane wave antenna field. Trudy Rossiyskogo nauchno-tekhnicheskogo obshchestva radiotekhniki, elektroniki i svyazi imeni A.S. Popova [Proceedings of the Russian Scientific and Technical Society of Radio Engineering, Electronics and Communication named after A.S. Popova], no. LXV, pp. 14-16.

3. Smirnov E.V. (2014). On the information component of the scattering field of receiving antennas. Fundamental problems of radioingi-neering and device construction. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference " INTERMATIC-2014" December 1-5, 2014, Moscow, part 5, pp. 19-23.

4. Smirnov E.V. (2015). Study information channel of interaction of arbitrary receiving antenna. T-Comm, no. 7, pp. 41-46.

5. Smirnov E.V. (2015). Application orthogonal components in scattering problems receiving antennas. Fundamental problems of radioingi-neering and device construction. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference "INTERMATIC-2015" December 1-5, 2015, Moscow, part 5, pp. 274-278.

6. Smirnov E.V. (2016). Study three-channel model of arbitrary receiving antenna. T-Comm, no. 9, pp. 9-13.

7. Smirnov E.V. (2016). To the question of evaluating the efficiency of reception antennas. Fundamental problems of radioingineering and device construction. Proceedings of the International Scientific and Technical Conference " INTERMATIC-2016" November 21-25, 2016, Moscow, part 5, pp. 189-194.

8. Smirnov E.V. (2017). Study of the effect of antenna matching and load on the absorption efficiency of the receiving antenna. T-Comm, no. 12, pp. 21-25.

9. Erokhin G.A. (1986). On achievable characteristics in three-dimensional synthesis problems of passive scatterers. Radiotekhnika i elek-tronika, vol. 31, pp. 1447-1450.

10. Erokhin G.A. (1990). Optical theorem for the receiving antennas and its consequences. Radiotekhnika i elektronika, vol. 35, pp. 2065-2071.

11. Andersen J.B. and Frandsen A. (2005). Absorption Efficiency of Receiving Antennas. IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 53, Sept., no. 9, pp. 2843-2849.

Information about author:

Evgeniy Smirnov, Associate Professor of technical electrodynamics and antennas, Moscow Technical University of Communications and Informatics, Moscow, Russia