Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 668 669 670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711 712 713 714 715 716 717 718 719 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 731 732 733 734 735 736 737 738 739 740 741 742 743 744 745 746 747 748 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
14.3.2. Замедляющие структурыДля антенн с продольным излучением можно использовать направляющие структуры, по которым могут распространяться замедленные электромагнитные волны [116, 354, 521, 598, 599]. Линейная антенна в виде одиночного волновода имеет довольно широкий карандашный луч, а двухмерная антенна — веерообразный луч. Возможны несколько видов таких антенн, причем излучаемое ими поле можно разделить на три составляющих. Первая составляющая — это излучение, идущее непосредственно от первичного излучателя, которое в некоторых случаях может играть полезную роль. В одной конструкции [90] мощность, излучаемая в пространство непосредственно первичным излучателем, составляет 23% полной мощности, нодводимой к антенне; очевидно эта составляющая окажет влияние на результирующую диаграмму направленности антенны. Вторая составляющая — это излучение, происходящее на всем протяжении структуры. В работах [205, 298, 509] рассматривается следующий механизм такого излучения: в антенне создается волна, которая распространяется с фазовой скоростью, меньшей фазовой скорости плоской волны в свободном пространстве. Можно считать, что эта волна создается непрерывным распределением излучающих элементов, у которых фазовый сдвиг зависит от Напряженность поля, излучаемого в направлении, составляющем с осью антенны угол
где С зависит от полной излучаемой мощности и дальности до точки наблюдения, / — длина структуры. Однако обычно структура, несущая поверхностную волну, излучает на протяжении своей длины лишь когда она искривлена [18], неоднородна или имеет ряд неоднородностей в поверхностном реактивном сопротивлении [423]. Согласно уравнению (14.10) при увеличении длины структуры ширина луча должна постепенно уменьшаться.
Рис. 14.6. Излучение волны дипольного типа диэлектрическим стержнем. На рисунке показаны электрические силовые линии (сплошные линии) и магнитные силовые линии (пунктирные линии). График представляет зависимость ширины луча по уровню половниной амплитуды. (См. [54].) Однако на практике для непрерывных структур эта закономерность не подтверждается и существует другое, более строгое решение [54], в котором существенную роль играет третья составляющая часть излучения, обусловленная резкой неоднородностью на конце структуры. При таком подходе считается, что структура, несущая поверхностную волну, распределяет поступающую в антенну энергию по площади излучающей апертуры, которая расположена в плоскости, проходящей через конец структуры перпендикулярно к ее оси. Таким образом, диаграмма направленности определяется поперечным распределением поля в направляемой поверхностной волне. Эта теория основана на физическом факте, согласно которому линия передачи не излучает непрерывно вдоль своей длины, а излучение происходит лишь на неоднородностях. Установлено, что экспериментальные результаты хорошо подтверждают предположение о таком механизме излучения. Вдоль диэлектрических стержней могут распространяться поверхностные волны различных типов: если распространяется лишь волна дипольиого типа с распределением поля, изображенным на рис. 14.6, то диаграмма направленности излучения имеет один главный лепесток, направленный вдоль оси стержня [8, 142, 238, 322, 514]. Браун и Спектор [54] вычислили ширину луча по половинной амплитуде; на рис. 14.6 приведен график зависимости ширины луча от относительной разности между длинами волн в свободном пространстве и в направляющей структуре. Из графика видно, что ширина луча монотонно убывает, когда длина волны в структуре стремится к длине волны в свободном пространстве. Если считать, что непосредственно из облучателя излучается около 6% всей энергии, то для стержней диаметром 0,46 и длинами Достоинствами антенны в виде диэлектрического стержня являются широкая полоса пропускания и относительно малый уровень боковых лепестков. Опубликован ряд экспериментальных результатов [204, 293, 366, 367, 510, 520] и описаны практические конструкции [75, 76, 241, 243, 433, 435, 475]. Если стержень постепенно сужается [181], то на протяжении его длины имеет место заметное излучение и экспериментальные характеристики хорошо согласуются с теоретическими. Диаграммы направленности с одним главным лепестком можно получить с помощью антенн в виде диэлектрических трубок [237], если толщина стенок достигает критической. Поле излучения [192] с конца металлического стержня с диэлектрическим внешним покрытием можно регулировать путем изменения его диаметра и толщины или диэлектрической проницаемости покрытия. Типичная антенна длиной В качестве антенны с продольным излучением часто используется решетка используется один, иногда два, рефлектора, в то время как число директоров может достигать 40, в зависимости от требуемой ширины луча и коэффициента усиления. Параметры антенны можно рассчитать лишь для коротких решеток [508]; для случая большого числа элементов расчет, если не делается допущения о равенстве токов [559, 560], затруднителен. Получены выражения [371] для случая бесконечного числа элементов, что соответствует полосе поверхностного тока, фаза которого изменяется вдоль направления, перпендикулярного к направлению тока. На рис. 14.7, б изображена диаграмма направленности решетки с 30 директорами на частоте
Рис. 14. 7. Антенна с продольным излучением типа Уда-Яги на частоте 600 Мгц. Возбудителем является симметричный резонансный диполь: а — расположение элементов антенны; б - диаграмма направленности в плоскости излучателей. (См. [113].) В другой антенне [4] типа Яги на той же частоте в качестве рефлектора использовалась полукруглая цилиндрическая полоса и имелись восемь директоров. Было найдено, что оптимальная длина директора равна Первоначальные представления [443], согласно которым антенна Яги рассматривалась как направляющая структура, были в дальнейшем дополнены решетки. Если же значения фазовой скорости падают вдоль длины решетки, то уровень боковых лепестков может быть уменьшен без потери усиления. Например, решетка длиной Решетка Яги длиной Замедляющей структурой, удобной для использования в антеннах с продольным излучением, является проволочная спираль [261, 263, 265, 266], поскольку распределение в ней тока соответствует условиям максимального КНД в широкой полосе частот. При теоретических-исследованиях характеристик излучения спирали [251, 258] использовалось представление составляющих полей с помощью векторного потенциала, хотя для спирали с эллиптическим поперечным сечением применялся другой подход [530]. Различные волны [294, 314, 342], которые могут распространяться вдоль спирали, обусловливают различные режимы излучения. Обозначения геометрических размеров спирали показаны на рис. 14.8, а; при I X имеет место распространение вида волны наинизшего порядка. Области с положительным и отрицательным направлениями тока разделены большим количеством витков, и угловая зависимость отсутствует. В случае короткой спирали ток синфазен по всей ее длине и имеет место режим бокового излучения, как показано на рис. 14.8, б. Спираль можно рассматривать [518] как комбинацию одновитковых петель и линейных проводников; если
Так как обычно присутствуют обе компоненты Е и Размеры спирали удобно изображать с помощью приведенной на рис. 14.8, в диаграммы, по одной оси которой отложена длина окружности, а по другой — шаг спирали; режиму бокового излучения на диаграмме соответствует область вблизи начала координат.
Рис. 14. 8. Характеристики спиральных антенн: а - геометрия излучающей спирали; б - боковое излучение; в - диаграмма режимов работы; г - коническое излучение; д — продольное излучение. (См. [264].) При Если считать, что диаграмма направленности одного витка равна
где
Первый член в уравнении (14.12) является нормирующим множителем, выбранным из условия, чтобы максимальное значение равнялось единице, а второй член — множитель решетки. Имеется следующая эмпирическая формула для ширины диаграммы направленности
при этом КНД будет
Если обозначить
то можно показать, что поле на оси спирали равно
где При малых N отношение компонент поля на оси и значение входного КСВН становятся весьма большими; это может вызываться отражениями [450], которые можно исключить, если нагрузить [348] спираль небольшой катушкой. Без оконечной нагрузки осевое излучение можно получить даже у спиралей, имеющих всего лишь 1,25 витка, однако ширина полосы частот, в которой для осевого направления отношение составляющих не превосходит заданной величины, с уменьшением числа витков также убывает. Одновитковая спираль дает [190] линейно поляризованный главный лепесток, который при введении поглощающей оконечной нагрузки становится поляризованным по кругу. Вообще говоря, нагрузка спирали в режиме осевого излучения является почти чисто активной [164], величина которой лежит между 100 и 200 ом. Выходное сопротивление аксиально излучающей спирали, смонтированной над плоской землей, в пределах приведенных выше ограничений будет равно Много практических данных [63, 188] по спиральным антеннам имеется для частот ниже направленности составляла около 50°, что хорошо соответствовало расчетному значению; поляризация была в основном круговая. Диаграмма направленности спиральной антенны стабильна в широкой полосе частот; например, спираль с постепенно изменяющимся диаметром отдельных витков имела рабочий диапазон частот 120-450 Мгц [74]; начальный диаметр равнялся 60 см, а через 10 витков, осевая длина которых составляла 112 см, диаметр уменьшался до Антенна в виде плоской или зигзагообразной спирали [102] формирует резкий главный осевой лепесток при малом уровне бокового и заднего излучения. Например, одна из спиралей [417], работающая на частоте
|
1 |
Оглавление
|