14.3. Комбинированные антенны

На основе предложенной концепции были разработаны несколько вариантов комбинированной антенны (рис. 14.5). Первые два варианта антенны (рис. 14.5,а,б) представляют собой комбинацию электрического монополя длиной и магнитного диполя [8, 9, 11]. Третий вариант антенны (рис. 14.5,в) представляет собой комбинацию электрического монополя, двух магнитных диполей и ТЕМ-рупора [12-14] Линейные

Рис. 14.5. Комбинированные антенны 1 - электрический монополь, 2 - магнитный диполь, 3 - ТЕМ-рупор

размеры антенн равны примерно половине пространственной длительности биполярных импульсов напряжения, используемых для их возбуждения. Сразу отметим, что биполярные импульсы являются более предпочтительными для возбуждения антенн, чем монополярные. Это связано с различием в их спектрах. Максимум спектра монополярного импульса соответствует нулевой частоте. А так как антенна представляет собой фильтр высоких частот, то значительная доля энергии монополярного импульса, содержащаяся в области низких частот, отражается от антенны.

В процессе исследования разработанных антенн были проведены измерения их частотных и временных характеристик. Измерялись КСВН, АЧХ и ФЧХ, ДН излучения на отдельных частотах и импульсах. Для сравнения антенн между собой, при их возбуждении монополярными и биполярными импульсами напряжения определялись эффективности антенн по энергии и пиковой мощности.

Эффективность антенны по энергии можно найти как где излучаемая антенной энергия, энергия в импульсе напряжения на входе антенны. Излученная энергия определялась из соотношения где энергия в отраженном импульсе. Эффективность по пиковой мощности - как где пиковая мощность вертикально-поляризованного излучения, - пиковая мощность в импульсе напряжения на входе в антенну.

Кратко рассмотрим результаты исследований антенн, представленных на рис. 14.5,а,б. Основная мощность излучения вертикально поляризована и имеет близкую к кардиоидной с шириной на половинном уровне мощности примерно равной 120°. Полоса согласования антенны с фидером широкая, на уровне отношение крайних частот может достигать 10 для отдельных конструкций антенн. Однако полоса пропускания антенн не превышает 2 октав и это связано с разрушением при Существенное различие между полосами согласования и пропускания подтверждают также измерения АЧХ и ФЧХ этих антенн [18]. Разработанные антенны были оптимизированы для излучения биполярных импульсов длительностью 2,3,4 не, либо монополярных импульсов с меньшей в два раза длительностью. Для биполярных импульсов а для монополярных импульсов соответствующие величины в 2-3 раза меньше.

Дальнейшее продвижение в сторону расширения полосы пропускания связано с разработкой более сложных комбинированных антенн (рис. 14.5,в). Использование двух магнитных диполей позволяет регулировать в некоторых пределах ширину величины пиковую напряженность поля в главном направлении диаграммы. Использование ТЕМ-рупора позволяет сохранять характеристики направленности в области высоких частот. Основная часть мощности вертикально поляризована.

Ширина на половинном уровне мощности для антенн, оптимизированных по пиковой мощности, примерно равна 100°. Полоса пропускания этих антенн была близка к полосе согласования

На рис. 14.6 приведены результаты измерений АЧХ и ФЧХ одной из антенн.

Рис. 14.6. АЧХ (а) и ФЧХ (б) комбинированной антенны для главного направления

Здесь АФ - отклонение ФЧХ от линейной. Были разработаны две антенны, оптимизированные для возбуждения биполярными импульсами длительностью 1 и 2 не и, соответственно, монополярными импульсами длительностью 0,5 и 1 нс. Энергетическая эффективность антенн достигала 0,8-0,9 и 0,6-0,7 для биполярного и монополярного импульсов соответственно. Эффективность по пиковой мощности при возбуждении антенн биполярными импульсами составила 0,6-0,7, а при возбуждении монополярными импульсами примерно в 2-3 раза меньше. Из выполненных исследований следует, что данный вариант комбинированной антенны в наибольшей степени отвечает требованиям, предъявляемым к элементам САР