L3 (Линии передачи СВЧ-диапазона, В.М. Максимов)

Миииотератло ивуки, амалий заели и твхличеаиой ноиитиии Роааийаиай ФИИерецаи КОМИТЕТ ПО ЖЯПН ШКОЛЕ МОСКОВСИИИ ОРДИа ЛЛНИНК И ОРДШ ОКТИВРНаОИ РИНОЛЛЦНИ ЛНИЛПИОНННН ИНО~МТУТ мела ОЛРРО ОРНИОНИИИННЕ иРЛКТЕРИОНЩИ ЛНТИНН В РЕНИНЕ ПИРЩФМ. ОЛЛНОНЬПРАНЛИНЙВ ЛНТНННЫ Учебиое лоаобме Утверрииеио ли эваелеили реиаолета ЛИ оитибри 1992 г. Моаива Иаиателъатво йИ Л99З Автор~: Л.И. Воокреоеиоклй, В Л. Гоатюхиа, В.М. Маковмов, Л.И. Поаомарев Характериотики аитеиа в реииие передачи. Слвбонапревлеаяые евтеивп: Учебиое цоообие / Л.И. Воокреоеваивй, В.Л. Гоатвхва, В.М. Мекоимов, Л.И.

Поаомарев. — М.: Ивд-во МАИ, 1993. -7ба.: вл. Учебаое поообве вклцчеет ооиоввые раэделм курев "Аитеаны и уатройотва СВЧ". Раоомотрелм иекоторые вопроов теории и техника аатевно-4идериых уотройотв в аоответатваи о ауиеатвузщвма учебвмма программами дваиого курок о уче~ом апецийвки подготовка рвдиоивкеиеров в МАИ. Иополлеоваиы пооледвие доотвкеявя теории и илиеиериой практики аатеаао-4идерикх уатройотв.

Лли отудеитов вузов радиотехвичеалвх опецаалъиоотей. Рецеаееита: Б.А. Праода, В.В. Чебыиев ~еее е теле.егта-ю © Мооковакий авиациоимай иаотатут, 1993 1. ОСНОВ%И ХАРАКТЕРИСТИКИ АНТЕНН 1.1. Антенны — зто уотройатза, предназначенные для излучеввя и приема электромагнитных волн. Иопользузмые в техввке типы антенн воино клаоааймцвровать по различным признакам (пареметраы), аз кото)их решзмиую роль играют длина нолем, механизм азлучения, распределение излучеввя в проотравотве, форма и отруктура взлучаюмей части в др.

В двапазове волн от метровых до ынллиметровых (300 МГц... ...200 ГГц) клааов4вкацвю антенн обычно проводят по опоообу Щормврованвя поля излучения, выделяя четыре кнаооа антенн 111: 1. Аатеакы азме кото а ними а ой в ИсЛ). Типичными примерави здесь явзштая вибраторные и иелевые излучатели, колонковые и макрополоаковые антенны, чаототво-аезавиоимые азлучателв. 2. Антенны бе й волны. К чаоиу антенн этого кланов отвоаятоя дизлектрвческие, опиральвые, двректорные, импедавоные антенны в антенны "вытекамней волны".

т. ~~ду~ ~рщ. ~ д . ~ювр линзовые, а в пооледнее время и тек называемые "гибридные" антенны, предстввляюиае сочетание зеркал илн лиаз а обдучзшней оиатемой з ваде антенной решетки. 4. $рщ~ ду~ Э , ° б р вых излучателей. В завиавмоотн от геометршн раополовенвя взлучатеней в проотренотве различают линейные, алоакие, кольцевые, выпуклые в коаформные антенные решетки.

В таких автенных оиотемах возмокно электрвчеокое управленве как 4ормой, так и поламенаеы диаграммы напревлеавоотв ЯН) в проатранотве. В обшей теории антенн деление ва передакшие в приемные антевкы обычно ае проводнтоя, хотя в ковотруктвввоы отношении онн могут разлвчвтьоя.

1.2. Элв т авмаческае основы тес а антенн. Повятае вей п сме точной и блазне зов Современная теорня антенн базвруется на основных урвввеввях электроданвыакн — уравневвях Максвелла. В двльвеймем азлоаенаа всвду будут иметься в виду электромвгввтныз процеооы, гврмоввчеокне во времеви, т.е.

взменямзаеоя внг цо закону гю му нла в комплексной форме по закову е . Среда цредполагается однородной а азотроввой, в вэкотори областях которой счвтается вадавнын распределенве вовбукдвюмвх (сторонних) электраческнх в магнатных токов. Лля простоты звпвсв комплексные амплитуды полей будем казать без точка ввд буквой. Прн указанных выме условвях урелвення Мзвозелла, вклвчамвве плотвсоть стороанего тока, в днфференцнальвой форме звпвсивемтся в ваде ЫЙ юеЕ+У (1.1) Фаге - — ФФ м'Й - ум Здесь Х вЂ” вектор комплексной аюивтуды вапрякеввоота электрического пола, В/м; Й- вектор комплексной еыпллтуды нацрякенвоота магзлтвого поля, А/м; нз б Н б е(У й лая ), /зь /м(У ма ) - комплековые дазлектраческея а магнвтвая пронапненоота ореды (б Е„з„- днзлектрвчеоквя проницаемость среды, Ф/м, (для ввку- У -8 ума 4 ° ~ 10 Ф/м) з /в =~азу»,.

- магнитная проввцвемость оредм, Гн/и (для ваауумв ~ыз= 4Х 10 Га/м); б" - удельные прсводямоств среж, См/м, Ом/м); У - комплеконая амплатуда обьемвой плотноств стороыаего электрачеакого тока, А/м2; У вЂ” комплекавак амплатуда обьемной цлотноств оторовнего магнвтвого тока, В/м2. Сторонввй магнитный ток является фиктивной велвчвной, поскольку магнвтных зарядов в прнродэ не ауыеатвует.

Однако введение етого понятая позволяет сравнительно просто изучать азлученве щелей в проводнявх экранах. Равенне уравнений (1.1) пра тех нла аныл конкретных уояоввях означает вахокденае электроыагнвтного поля в виде функцай прострвнстнеююх коордлватЕ(~, Ю, ~~) аН(г; Ю, Ю) по заданной функция коорквват У У", )(ля ремеввя уравиевай Маковвлла И.1) обычао вводят два вопомогательных вектора: векторвый потеацаел электрлчеоках токов Ф а векторный потезцаел магнитных токов Х .

Пра этом вектора електромагватаого поля Х я Р7 определяютоя через етя вопомогательзме векторы пра помоща уразневай П) < Х вЂ” е'Ш~м д — —., рай ~Аз Х вЂ” галл Ф й/ е И.2) Я-- У + —, э. й у" +« ~Ю'. 1вр' Пра подотааовке И.2) в И.1) цолучаютоя оледузщае вектораые волаовые зеодиородзые урэвневля для вокомогательных потенцаа- И 4) йети'- -.у', л -и И.З) лХ" + ФлХ"" -У где МХ- ~твй Ма~я — гйгоИ я -Ф у е'~и' Таким образом, пра озределеваа азлучелая аатеэных уотройотв ивтеграрованае уразвеаай максвелла комет быть оведезо к аатегрв- рованлв векторных волковых неодаородвых уразнеаяй И.З). Еали лоточника електромагнатаого поля рвопределены вепрерв- ао в векоторой облаота Г, ограначенной поверхаоотью 8, а арада, окрукаащая облаать К, предатачляет ообой однородяый изотропный даэлектрак, то для гармоаачеакого коля рещение ураваеаий И.З) имеет вад -уйг) -аЬ) К где с~р = У ЫГ - элемеатарвый электрачеокай момент; ИЛ) йя ~,, г-М Ю гл где йз =У Ыг- элеыевтарнмй магнатный ыомевт; я (ж-я) +фг ь -у +(х-х ) — раоотояэае от элемезта тока в векоторой точ- ке Я(я,' у,' з') до точки наблвдеиля 4( ( ж, у, х), Подотааовка зыразевай И.4) и И.5) в ураваезвя И.2) поэзо- ляет определить вектор аепразеанооти электрачеокогоЕ а ыагнатао- го Й полей в любой точке проатраиотва.

Одвако прк этом ае удаетоя получать проотых замкнутых вырэкеаэй лазе для араваятельао про- б атмх взлучакщцх систем. Поэтому првходится првбегать к упрсщзющвм предполокеввям, овязавцым с разбвенцем простраватва ва Лу~ п и о и в блаквюю зовы (облаотв). Введем сферическую систему координат ~; У, (~, сювтр которой вехокцтся ввутрц взлучапцей овстемы (ркс. 1.1,а), а точка з(х,'Кх) в Мбсщз) соответствуют текущей тачке ввтеграровевля внутри взлучзцщей системы в точке набюсденая в окрукеющей одвородвой среде. а) Рве. 1.1 Расстояние м, входзщее в формулы (1.4) в (1.5), определяетоя ю -ля~- (~ 'г -Яг'«готы) л,з, «/г Я (1.6) Прв т':н', соответствуюцем вацболее ваквой для теорцв автевв даруй ~д.

ф ру (1А), (1.5) р р в звамевателе подывтегральаого вырзкеаия првбликенно мокко поцокать ~' = ~, в ывокцтель 1/~ вывеств вз-под злака ввтеграла; ГДЕ 4 - угом МЕЗду Ваправцзавяыа ОУ л йМ. Если ~ ~~ ', т.е. точка наблюдеввя аеходвтоя на достаточном удалеацл от объема У с излучапцвмв токами, то расстоявае о макао првбллкевво представать в ваде ряда по степеням отвовевзя ~/~': У /Я е) м ~ з.

у Р ~ йз в показателе зкопоненты под интегралом полагаетоя г - "~ = — сйю — ~"синс, и функция е такие выходит из-под знаке интеграла. В пооледнзм разенотзе величина ~'асс ноаит название рйй- ~яяяВ у МВ ВР~ $3 чеоких волн, приходящих в точку наблюднния от двух элементарных наточникоз, рааполагзхюлхоя в начале координат и точке У(я,'(с,'ю'). В раочетном отноавнии разнооть хода г'аюС предатавляет проекцию вектора и'= с,;с'+с„у'+ 4 н' (рао. 1.1,б) на направление единичного вектора, походящего из начала иоординат н точку наблюдения: г/г - и зиву сиз(с + з ссвдссе~у+ з ссср Скалярное произведение зтих векторов определязт яанов зыракение для разноотн хода: м'юс,с х ссай ссзц + у лспо уса(с +н сиса - ~" ( сс~дссюВ 'гас[а-т) +ссср ссс(р'~ .

(1.8) м Граница прммеивмооти фо(иФлм (1.9) будет омрзделвиа нане. г Иопользуя звзденные з зыракения (1.4), (1.5) упрсщзнвя, приходим к аоимптотичеокой формула вакторного потенциала з дальний зоне: -Слс и у'сННС -дч „н ~ уа"(я',у,'х'~ н (1.9) Г Здеаь видика о увязывает, что данноз зыракенва опразедливо прв Значение интеграла (1.9) ° как зто оледует из (1.8), зазвоит только от угловых коорнанат точка наблюдвния и нв заннаит от рао- атояння ~ . Длн перехода от векторных цотенныалов Я к полям Г яю иУ7 необходамо подотавить (1.9) в зырзкения (1.2).

Пооле ~яда ток- деатзенных прзобразованнй и отбраоыванвя членов, имаюгдх радиаль- ную завноимоать у/с з и //~'з, т.е. неаущеатвезных в дальней вона, получены Е = — ~ ~(')гЯ +Я ), М„=Е /И', ~С - — ф( )(/Я вЂ” Я ), ~ - — Е /)г"; (1.1О) Е-д, ~„=а, гдето ф~/с - волновое оопротавленае оредкь.3 =Л~~йр„- длана волны в ореде (Л, - длана волна генератора, л„= л/л а а, =/м/)ш~- отаооятельаые длзлектрнчеокая а мвгватнаа пронлпаемоота). На практнке вычволелае ллтегралоз тапа (1.9) обычно проводят через деяартоны ооотазлацшае дм л ( ци ей (л шатра«(~+ уши«м(~+«лаем) ЯсСуЩ' (1.11) «,йз, ляг у «.нз переходя впооледатвна к аферичеоквм коорнвнатам а помошьш аоотно- шенай Я - л' гззрсеису + я свлд «сосу -я, зсмр, в х у (1.и) (--г н у.Я ч « у Отметвм оановные авойотвв электромагнитного поля азлуЧэацей овечею в дальней зоне, олелукшве вз (1.9) а (1.10)с поле в дальней зоне амеет поперечный характер, т.е.

аоатавляцшае векторов Е и У в направлении раопроатрзненля отоутотвушт; з окреотноота точка наблшценвя поле в дальней зоне аоонт характер плоеной волны, т.е. компоненты лл а Х„а тыкве Г, вф ааходятоя в фазе а вх отаошенле равно волновому оопротяэлейвш ореюц зазяовмооть поля от раоотояаня т амеет вад раоходшцейоя -цйг еферачеокой волю г /1'. Определим гранапу дальней зовы, т.е.

уоталознм на лаком раоатояллл от лзлучелмей алотею мсшно польэоватьоя формулама (1.9) л (1.10) для раочета полей. Ооноэаое упрощение, которое аопользовалооь, зеклшчалооь в замене точного ицекенлн ю = (~.з+ф"" — я~ г"сзм.г)ол праблввенным сн = ~ - с'с«М. Возацкашцея пра этом фззовая ошибка в повазателе поюнтегрельной экопоненты з (1.4) а учетом рззлазеаая (1.7) ояазызаетоя праблэяелло равной(~Ь""гиз4/Ъ.. С учетоы того что маконмальное знзченае ~ ооотезлиет половину наибольшего размера лзлучэлмей алагемы Э (ам. рца. 1.1), наибольшая фззозвя ошвбкв макет ооотззать М/Ь. Полагая допуатвмуш фззовув сшибку не превышацщей Х/Ю, т.е. Из/й д/р, получаем аокомую оценку раоотояввя до блвкией граивпы двлъаей воны «ъ грэ/.у.