В антенной технике боковые лепестки — это лепестки (локальные максимумы) диаграммы направленности в дальней зоне антенны или другого источника излучения, которые не являются главным лепестком .
Диаграмма направленности большинства антенн показывает картину « лепестков » под разными углами, направления, в которых излучаемая мощность сигнала достигает максимума, разделенных « нулями », углами, в которых излучаемая мощность сигнала падает до нуля. Это можно рассматривать как дифракционную картину антенны. В направленной антенне , в которой целью является излучение радиоволн в одном направлении, лепесток в этом направлении спроектирован так, чтобы иметь большую напряженность поля, чем другие; это « главный лепесток ». Другие лепестки называются « боковыми лепестками » и обычно представляют собой нежелательное излучение в нежелательных направлениях. [1] Боковой лепесток, расположенный непосредственно за главным лепестком, называется задним лепестком . Чем длиннее антенна относительно длины волны радиоволн , тем больше лепестков имеет ее диаграмма направленности. В передающих антеннах чрезмерное излучение боковых лепестков тратит энергию и может вызывать помехи для другого оборудования. Другим недостатком является то, что конфиденциальная информация может быть получена непреднамеренными приемниками. В приемных антеннах боковые лепестки могут улавливать мешающие сигналы и увеличивать уровень шума в приемнике.
Плотность мощности в боковых лепестках, как правило, намного меньше, чем в главном луче. Обычно желательно минимизировать уровень боковых лепестков (SLL), который измеряется в децибелах относительно пика главного луча. Главный лепесток и боковые лепестки встречаются как при передаче, так и при приеме. Понятия главного и боковых лепестков, диаграммы направленности, формы апертуры и взвешивания апертуры применяются в оптике (другой ветви электромагнетизма) и в акустических областях, таких как проектирование громкоговорителей и сонаров , а также проектирование антенн.
Поскольку диаграмма направленности антенны в дальней зоне представляет собой преобразование Фурье ее распределения апертуры, большинство антенн, как правило, имеют боковые лепестки, если только распределение апертуры не является гауссовым или если антенна настолько мала, что не имеет боковых лепестков в видимом пространстве. Более крупные антенны имеют более узкие основные лучи, а также более узкие боковые лепестки. Следовательно, более крупные антенны имеют больше боковых лепестков в видимом пространстве (по мере увеличения размера антенны боковые лепестки перемещаются из исчезающего пространства в видимое пространство).
Для антенны с прямоугольной апертурой, имеющей равномерное распределение амплитуды (или равномерное взвешивание), первый боковой лепесток равен−13,26 дБ относительно пика главного луча. Для таких антенн диаграмма направленности имеет канонический вид
Простые подстановки различных значений X в каноническое уравнение дают следующие результаты:
Для антенны с круглой апертурой, также имеющей равномерное распределение амплитуды, уровень первого бокового лепестка равен−17,57 дБ относительно пика главного луча. В этом случае диаграмма направленности имеет канонический вид
где — функция Бесселя первого рода порядка 1. Это известно как шаблон Эйри . Простые подстановки различных значений X в каноническое уравнение дают следующие результаты:
Равномерное распределение апертуры, как показано в двух примерах выше, дает максимально возможную направленность для заданного размера апертуры, но также создает максимальный уровень боковых лепестков. Уровни боковых лепестков могут быть уменьшены путем сужения краев распределения апертуры (изменения равномерности) за счет снижения направленности .
Нули между боковыми лепестками возникают, когда диаграммы направленности проходят через начало координат в комплексной плоскости . Таким образом, соседние боковые лепестки обычно сдвинуты по фазе на 180° друг относительно друга.
Для антенн с дискретной апертурой (например, фазированных решеток ), в которых расстояние между элементами больше половины длины волны, эффект пространственного наложения приводит к тому, что некоторые боковые лепестки становятся существенно больше по амплитуде и приближаются к уровню главного лепестка; они называются решеточными лепестками , и они являются либо идентичными, либо почти идентичными, как показано на рисунке, копиями главных лучей.
Лепестки решетки являются частным случаем бокового лепестка. В таком случае боковыми лепестками следует считать все лепестки, лежащие между главным лепестком и первым лепестком решетки или между лепестками решетки. Концептуально полезно различать боковые лепестки и лепестки решетки, поскольку лепестки решетки имеют большую амплитуду, чем большинство, если не все, других боковых лепестков. Математика лепестков решетки такая же, как и в рентгеновской дифракции .
