L3 (Линии передачи СВЧ-диапазона, В.М. Максимов), страница 8

Для двокретной линейной антенной решетка мнояитель направленности (3.2) чу где 1, = Хэ, е " — комплексная амплитуда возбукденвя ~-го излучателя; *=Яд/Я вЂ” 4азовая постоянная свободного пространства; х.„- координата излучателя ть; э — угол, оточнтываемый от осв антенны (рио. 3.1,а).

М т М(ч,В,Ч) Ряс. 3.1 В случае возбукдення лннейной решетки с чнолом нэлучателей л~ токемн резной змплнтуды а линейно нарастаплнм вдоль решеткн -~~о-~~сйьу -4(ео)З, фановым сдэнгомя Х,=Х е = 4 е суммирование согласно формуле (3.2) прнводнт к аледуюшему вырзненню нормлровайного мнокнтеля напрзвленностн (мнокнтеля решетке) лм ги н 7~В)- з 9' (3.3) Ф Мз— Л где Ю = Ы(атзд-~') — сленг по фазе менду полями аоседнлх лзлучателей в точке наблюдения; Ы- шаг решеткн; у"= — = — - энмелленне с э' феновой скорости волны возбукденля. р' Ы Непрераную линейную лалучзхщую систему - линейный излучатель — макло рассматривать как предельный случай линейной антенной решеткн длиной ь, а числом элементов, атремзщнмсн к бесконечноотн (рнс.

3.1,б). Тогда ауммнрованве в (3.2) необходимо заменить лнтегрнрсвзннем; се нюх а7гу ~(р) = ~ Пх)г Ыв. (3.4) -А/2 % Фазе отсчнтывзетоя вдоль ливии рзсполокення излучателей от первого (ю= 1) к н -му нзлучателю. 49 *.еь) Здеоь у(х) =/э(и)л - распределение тока в иэлучателе по амплитуде и фазе.

Мнопвтели направленности (3.2), (3.4) дискретной и лепре(ивной иэлучелщнх систем не эевиоят от аэиыутальной коордвнаты (/ и обладают симметрией относительно оои и . Пусть непрерывный лннейный нэлучатель воэбупдвется током постоянной амплитуды 1е о фановым распределением, аоответатвукщим бегущей волне а эамедленнем фаэовой скорости у"- с/)' - ю'л'ял 1Ы) 1, е, )ю) ~1/2 . (3.5) Подотввляя (3.5) в (3.4), проиэводя интегрирование и но)варовку, для нормированного мн<интеля направленности получаем 7(Г) -— нвм К (3.6) где К = — (аИ-у)- обобщенная коорданата, выехщая онысл полопай пн раэнооти фаэ колебаний в точке наблюдения от крайних точек иэ~цчателя о учетом как прост1шнственной равности хода лучей я(акр, так и полной раэности физ воэбупдення крайних точек иэлучателя.

Мнокитель ниправленнооти (3.6) - вещественнан функция. Поверхнооти равных фаэ поля иэлученвя имеют вид сфер о центром в середнне излучателя. Фаэовый центр такого иэлучателя находится в его середине неэаваснмо от эначеиэя эимедления феновой скорости ~'. Грефнк функции МюК/К вжаэан на рис. 3.2,а. Эта функцвя— иеперщодвческан и имеет одно наибольшее эначенве, равное единице при И'= О. Иэ формулы (3.6) следует, что уровень первого бокового лепестка относительно главного составляет 0,21 (-13,2 ЛБ). Проаналиэвруем мнаиитель Г(Т) непрернвной системы, который определяет ее раправленные свойства, так как направленнооть элементарных исто(эннков, обраэующих непрерывную оистему, вырвкена весьма слабо. На рис.

3.2,б,в.г,д,е иэобракены грефнки фунщ- цниИ*еК/И . на которых выделены штриховкой те нх части, которые находятся в интервале — Яне(У+у')нуае ф1-~)обобщенной коорданаты К Этот интервал иэмененияУ соответствует реальной )(Н, т.е. эначениям угла 180оэ Ю э 0 (область реальных углов). В случае У = 0 (синфаэнаи система) интервалу углов 180~эВэд ооответствует интервал — 2 47/4 Л (Рис. 3.2,б).

Лнаграмма направ- И й 60 ЗИ0 и ьо а) У и -5%-зз % О % ьш зч з) 0 У зи зи -рх -ьи -и о и ьи ез е) Рио. 3,2 -еи -ьз д) Из решения етого уравнения оледует $ = 1,39. Отошла 61 ленноота, изоораиенная на етом риаунке, довольно хорошо совпадает о АН диакретной решетки, если чаоло излучателей в ней я ь 6 (при рааотоянии меиду аооедними азлучателями Ы Л/2 ), для определения ширины АН по уровню 0,7 поля неоохолдмо поло- нить 7~У )= 0,707, т.е.

решить трннопендентное уравненае ую'м К/ К О, 707, Воли Осу"< 1 (фазовея окороать волны возбулденвя превыцает око- рооть цвета), что ооответотвует линейному изменению фмзы вдоль провода, то интервал изменений з одвигаетоя влево по оаи В (рио. 3.2,в,г). Глазный макоимум ДН наклоняетоя прн этою к оои решетки по непрзвлению раопроотранения волны ( сецВ„- 7) и при т = 1 (фазовая окорооть волны равна окорооти авета) он ориентарован вдоль сои овотемн (реким ооевого излучения). При ц >1 (антенна возбукцаетоя замедленной волной) веоь ин- терзвл изменения обобщенной координаты Г, для которого 180оьВэ, О, рааполоиен в пределах отрицательных значений оои Ь'. Еоли Я незна- чительно превышает единапу, то главный мекозмум ориентирован в на- правлении оои провсща, но его величина уменьшаетоя (рио.

3.2д). С увеличением замедления т" велачина главного макоимума макет срев- нятьая а величиной первого бокового лепеотка, и ДН провода будет ооатоять аз неокольких прамзрно оданаковых лепеотков (рио.3.2,е). Ширина ДН отклоненного луча при ~"< 1 мояет быть определена по формуле ЯВе7 д гт Я Фт Л где ь' Е лцюВ„, - аффективная диана раокрцва аиотецец. 3та формула оправедлива во воем оекторе углов, кроме аектора, п(шцзцкевщего к оои решетки и равного одной шврвне главного лепеот- ка ДН.

В етом оекторе нз оущеотвует точки, аоответотвуюцей уров- ню 0,7 поля о одной отороны главного лепеатка ДН (2). При излученви точно в неправлении оои провода, имевшего боль- шую длину Ы~БЛ), ширина дН при у = 1 ц гВ„= 2(р,аа — ")~= т ~-Я', Таким обррзом, при соевом излучении завиоимооть варины ДН от отнооительной дивны антенны ЕД более алабая, чем в случае оинфазной антенна или антенны о линейным изменением фазового адзигам. я В зтих олучаях предполагаетоя, что элементарные иаточнвка, образуцщие*непрерцвную антенную оиотему, направленными авойотвами не обладают.

Рве. 3.3 зоной око остью зозб ения: Х (~'-1) - — — ала Гцкз-у)/я - -уГ/2. г Отсцпа слелуют соотношенвя ". ~+4/й; Е~„~ - Я/2 ( у - ~ >, (3.7) (3.8) Следовательно, пра откланеаиа НН, т.е. пра сканароваавл, шарана ЛН изменяется; азменяется такае парана н форма боковых лепестков. Есла пра у = О главный лепесток НН имеет форму днока (рнс. 3.3,а), пра )"= 1 - вытянутого зллнпоонла вращенвя (рлс.

З.З,в), то прв О <~ < 1 направленая главного азлучеаая образуют поверхность конуса вращения относательно осн системы (рис. З.З,б). Такам образом, линейные антенны осевого излучения обеспечнвают направленнооть в двух взаамно перпенднкулнрзмх плоскостях, в то время как аанфаззые лннейные антенны поперечного азлученвя концент~аруют мощнооть в узнай пучек только в екваторщальной плоскости. Барину главного лепестка КН прн осевом азлученнв мошно оузнть, если перейтв к ревлму небольшого замедления у> 1. Тогда центральная часть главного лепестка мноквтеля направленноста ! аЪ с/Г( уходит в область навил углов (см.

рас. 3.2,д), а главный лепесток оущественно обостряется. Однако уровень боковых лепеотков, определяемый по отношенвю к значенню функцнл )юь~ и/ з") на границе областв реальных углов, повышается. Компромисс макну оукенаем главного лепестка а ростом уровня боковых лепестков мокет быть доотлгнут прв выборе гранвцы реальных углов, удовлетворнлшлх условна с=-Х/2.3то условие одновременно обеапечввает максамальннй КНН линейной антенны с замедленной фазовой скоростью я носат название слов оптимальное в лннейно зяте о позволяющие найти оптнмальное замедление яра заданной длине антенны вла ке нычнолать оптимальную длину прв зеданном значении замедленна.

Соответатзенно выракенне для ширины ЛН принимает внд лу 2~ююул -ы,Б' $%л (3.9) Такам образом, переход от значения У"= 1 к оптвмальному замедленвю прнводвт к аукенню главного лепеотка ЛН при ооевом взлученаа прамерно в 1,8 раза. Еолн У"= 1, а элементарные заточника, обрззукщне ланейную антенну (провод а бегущей волной), обладеют заправленными овойатвамв (Д,(6) зиад), то в направлении оов провода (6= Оо), где мнокитель авотемы тцЪК/р' маковмален, результвруцщее поле обрщцаетоя в нуль, так как в вырвкеннн (3.1) эцмд = Яа цб'= О.

В авязи о этим результирующее поле оказываетая макоамальным в некотором промекуточном направления, аоставляцщем угол 9, „а обью провода. Прк большой отноовтельной длине провода (ю1ъ1) это наярнвленае мнковмального взлученнн мокет быть прнближенно определено о вопользованаем (ЗА) путем прнразннванвя чаолвтеля +1: з~~~ — „~ (еец д,„„-у ) ~ - ~ (, Отаюда В1 Я Х= Л л ь. 2 — (сецд -ц'у-з в гэзд 1 а — =/--,(3 10) Фю ь.1 яь ' Прн большой длине провода угол У„.„мал и анги„„мощно разлокнть в ряд: 1 -9~„, /л + ...

= гелВ~„, = 1 -Я/И, откуда Л о 4~ ур. ~/ с 1ь Так, еола 1/Я = 1,0, то Ю~„„= 50о, если ке Е/Я = 3,8, то Вьм= = ЗОо (р~о. 3.4). Измененае длины волны генератора слабо оказызаетоя на накравленвн маканмального азлучення д~„„, а танке на входном аопротввленна. Поэтому провод в рекнме бегущей волны является диепазонной антенной.

54 9Ое ) Х В=в' 1 2то' Рве. 3.4 Следует учлтывать тот фект, что реальные антенны бегущей волны имеют не постоянное, а опадаацее от начала к концу амплнтудное раопределенне поля (тока) вследствие наличка затуханвя, обусловленного излучением энергвв. Это вызывает взмененне формы ДН провода. Однако еолн поле в конце провода уменьшаетоя не более чеы в трн раза во сравнению о полем в начале, то вскекенвя ДН незначительны н пра расчете ДН можно пользоватьоя мноквтелем направленноотн 7(7Л - ЯпУ/ 1Г, 3.3. К вз ателя с бе ей вол о Прн взвеотной полной норзшрованной ДН антенны а учетом емплвтудной ДН одиночного элемента КНД лннейного излучателя мокет быть найден по общей формуле для КНД (1.28).

Вычисления КНН укрощавтся, еолн считать элементы, образухщне непрерывнуа взлучзцщув систему, ненаправленными (изотропнымн). После подстановка множителя неправленноатв 7! У) У и ~Ю~ в выражение (1.26), интегрированна и ряда преобразований для КНД линейного излучателя в облаотн значений замедленна ОЧ у'"Ч 1, соответотвушщзх поперечному (Ю = Оо) (см. рва. 3.1,б) и наклонному излучениям, имеем ~1) 3 =21/Л (3.11) прв Е»Я Н реквые осевого излучения ( 9"= 1) КНД лцнейной антенны вдвое превышает КНД в рекаме наклонного нзлучення: 55 (3.12) Еолн замедление волны у" в лвнейном излучателе больше едкннцы, то КНД воэраотаат по оравненлю оо значеняеы й/Ф лэ-за аукания главного лепеотка ДН.