Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
ГЛАВА 14. АНТЕННЫ14.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ14.1.1. Общие принципыЛюбую антенну можно рассматривать как переход от линии передачи к свободному пространству [427, 443, 491, 527, 631, 757], который, с одной стороны, является элементом цепи и обладает активным и реактивным сопротивлением, а с другой стороны, является либо излучателем, либо поглотителем электромагнитных волн. Назначение антенны как излучателя состоит в возбуждении электромагнитного поля в удаленной точке, и поэтому ее свойства определяются принципами дифракции Фраунгофера. Из обращения теоремы взаимности следует, что при соответствующей формулировке характеристики данной антенны, работающей на прием, будут такими же, как и при работе на передачу. Приемные антенны характеризуются эффективной поверхностью, определяемой соотношением [545, 687]
Можно показать, что принимаемая антенной мощность равна потоку мощности, переносимому плоской волной с соответствующей поляризацией через площадку, равную эффективной поверхности антенны. Другой характеристикой антенны является ее сопротивление излучения, при помощи которого излучаемую или принимаемую антенной мощность можно выразить через ток на входе антенны [754, 756]. Для антенн диапазона сверхвысоких частот важной характеристикой является также направленность излучения. -В связи с этим излучатель может представлять собой более сложное устройство, нежели, скажем, простой диполь и под термином апертура будет пониматься распределение первичных источников в самом общем смысле [743]. Остронаправленные антенны можно разделить на два класса: синфазные антенны или антенны с боковым излучением и антенны бегущей волны или антенны с продольным излучением. Антенны с боковым излучением позволяют, вообще говоря, получить большее отношение коэффициента направленного действия к максимальному линейному размеру, нежели антенны с продольным излучением. Излучающую апертуру антенны можно сформировать из излучаемых источником сферических волн с помощью линз или зеркал, при этом импедансные характеристики питающего источника не будут зависеть от характеристик излучения антенны. В других случаях поле излучения может создаваться решеткой из элементарных излучателей. Решетка из N элементов, отстоящих друг от друга на расстоянии
где Показано [259, 378, 755], что можно создать любую диаграмму направленности с любым усилением и любым уровнем боковых лепестков. Расчет таких антенн с заданной диаграммой направленности представляет собой скорее задачу технического, нежели принципиального характера; при этом обычно используется тот факт, что апертурное распределение и диаграмма направленности по отношению друг к другу являются преобразованиями Фурье [363, 694]. Применяемый при этом метод суммирования [534] основан на том, что апертурное распределение, соответствующее сумме нескольких диаграмм направленности, равно векторной сумме распределений, соответствующих каждой диаграмме. Этот метод применяется как к излучающим апертурам [186, 467, 546], так и к излучающим структурам [215, 277, 485]. В антенных решетках задается распределение амплитуд и фаз токов в элементах. Например, распределение токов можно представлять в виде полиномов [410], что дает удобный метод расчета. Имеется ряд работ [80, 120, 376, 440, 466, 541, 661, 667, 700, 704], в которых даны различные методы анализа антенных решеток, в том числе многоэлементных [516]; много расчетных данных приведено в работах [183, 244, 740]. Более низкий уровень боковых лепестков, нежели в решетке с однородным распределением, имеет решетка, у которой коэффициенты полинома распределены по треугольному закону: Другая решетка с неравномерным распределением описывается полиномом с биноминальными коэффициентами, например для четырехэлементной решетки относительные амплитуды токов будут равны: 1 : 3 : 3 : 1. В решетке из N элементов относительная амплитуда тока в Если небольшие боковые лепестки допустимы, то выгоднее использовать распределение по биноминальному закону более высокой степени с отброшенными малыми крайними коэффициентами. Например [5], решетка из восьми диполей при обычном биноминальном распределении имеет ширину диаграммы направленности 31° и КНД 4,8 по сравнению с 17,5° и 8,0 для равномерного распределения; если же взять восемь центральных членов в биноминальном распределении для В некоторых случаях необходимы антенны, у которых уровень всех боковых лепестков одинаков; у таких антенн положение нулей диаграммы направленности на оси переменной В обычной антенной решетке с продольным излучением фаза изменяется линейно вдоль длины решетки со скоростью 360° на длину волны. На рис. 14.1, а показана диаграмма направленности решетки длиной антенны. Сравнение [184] различных линейных распределений фазы показало, что оптимальное значение КНД получается при таком сдвиге фаз между элементами, при котором на всей длине решетки возникнет дополнительный сдвиг в 169°. При этом, как видно на рис.
Рис. 14. 1. Диаграммы направленности антенн с продольным излучением. Части диаграмм, расположенные левее Недостатком такого фазирования является то, что при этом возрастает уровень боковых лепестков, например уровень первого бокового лепестка возрастает с —6,6 до —4,8 дб, а также то, что возрастает реактивная составляющая полного сопротивления антенны из-за сильного излучения частью главного лепестка в область мнимых углов. Полный ток, потребляемый такой решеткой, будет в 1,57 раз больше тока, потребляемого обычной решеткой, создающей такую же напряженность поля; при этом соответственно возрастают омические потери. Для уменьшения уровня боковых лепестков Говард [172] предложил складывать две диаграммы направленности, как показано на рис. 14.1, в. Амплитуды складываемых диаграмм направленности зависят от длины решетки и от углового положения боковых лепестков, которые необходимо полностью компенсировать. На рис. 14.1, г показана результирующая диаграмма направленности, которая получается при отношении амплитуд складываемых распределений 114/100. Уменьшение относительного уровня боковых лепестков достигается ценой увеличения тока на входе антенны в 5,4 раза.
|
1 |
Оглавление
|