www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основы радиолокации

Ближняя и дальняя зоны

Ближняя зона и дальняя зона заданного источника электромагнитного излучения — это термины, обычно используемые при антенных измерениях, и при описании областей пространства вокруг такого источника, в которых различные составляющие поля играют большую или меньшую роль. Граница между этими двумя зонами зависит от геометрических размеров источника излучения и основной длины волны λλ. В ближней зоне антенны угловое распределение поля зависит от расстояния до антенны. Разные составляющие поля, излучаемые разными геометрическими частями поверхности антенны, имеют разное время распространения до точки наблюдения и поэтому они будут интерферировать между собой (не обязательно синфазно), формируя волновой фронт.

Точечный изотропный источник не может иметь ближней зоны. Ближняя зона возникает если размер источника как минимум соизмерим с длиной волны λ. Ближняя и дальняя зоны представляют собой математические абстракции, введенные для упрощения получения аппроксимации уравнений Максвелла. В ближней зоне существует также область, в которой антенна улавливает часть только что излученной ею энергии.

Рисунок 1. Ближняя зона антенной решетки

Рисунок 1. Ближняя зона антенной решетки

Рисунок 1. Ближняя зона антенной решетки

На Рисунке 1 изображена решетка из четырех синфазно запитанных элементов. Каждый из элементов излучает электромагнитное поле. Эти частные поля складываются в общее поле. Хотя рисунок большой, все показанные на нем расстояния находятся в ближней зоне. Чтобы изобразить дальнюю зону размер рисунка следовало бы увеличить как минимум в четыре раза, для того, чтобы показать как поля излучения отдельных элементов решетки, складываясь, формируют когерентный волновой фронт. В дальней зоне форма диаграммы направленности антенны не зависит от от расстояния до источника излучения.

Для маленьких антенн (размер излучателя меньше длины волны) ближняя зона представляет собой область радиуса r << λ, а дальняя зона — область радиуса r >> λ.

Для больших антенн (антенных решеток или антенн, использующих большие отражатели, таких как параболические зеркальные антенны) границу между двумя зонами можно приближенно рассчитать по формуле:

rfar = 2 · D2 D — геометрический размер антенны
λ — длина волны.
(1)
λ

Дальнюю зону иногда называют зоной Фраунгофера, а ближнюю зону — зоной Френеля.

Часть зоны Френеля представляет собой промежуточную область, в которой происходит как излучение так и поглощение (сбор) энергии. Граница этой области находится вблизи расстояния D²/(2·λ), а саму область иногда называют зоной Рэлея.

В качестве примера проанализируем антенну THALES-MSSR, используемую в радиолокаторе управления воздушным движением ASP-909, состоящую из 35 вертикальных элементов и имеющую апертуру 8,5 метров. В примере используем значение частоты излучения вторичного канала радиолокатора, которое равно 1030 МГц. Данному значению частоты соответствует значение длины волны, равное 0,291 м. На основе этих данных рассчитаем расстояние от антенны, на котором будет сформирован луч.

  • Дальняя зона начинается с расстояния 497 м..
  • Зона Рэлея — до расстояния 124 м

Измерительные приборы для снятия диаграммы направленности антенны должны располагаться не ближе 497 метров от антенны. Рекомендуется выбирать позицию для измерений даже на еще большей дальности.