L6_065-085 (Линии передачи СВЧ-диапазона, В.М. Максимов)

А. Л. ДРАБКИН, В. Л. ЗУЗЕНКО, А. Г. КИСЛОВ АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА Издание второе, переработанное и дополненное МОСКВА «СОВЕТСКОЕ РАДИОэ !974 6Ф2.12 Д72 УДК 621.396.67 Драбкии А, Л. и дрэ Д72 Антенно-фидерные устройства. Изд. 2-е, доп. и переработ. М., «Сов.

радио», 9974. 536 с. с нл. Перед зигл. внт. Дрибкин А. Л., Зузенко В. Л., Кислое А. Г. Рвссмэтривиютсв основы теории витеннс описыввиттся прииципьэ б лботы и теория эптеиных и фидериых устройств рээличных типов. сновиое вннмзиие уделяется Физической сторояе явлений, э ~зкже методам расчета электрических пэрвметров иитенных н Фидернын устройств. Киигэ предикзнвчзется лля слушателей и хурсзитов рлдиотехииских Факультетов высших военных учебнык ззведеиий. Онв может быть нолевкой студентам вузов и ркднрспецвелнств , работающим в редиопроиышлениости и нвучио.нселедовлтельскихниститутэх. 30402-038 Д 046(01) 74 87-73 сф2,12 © Издйтельстно еСокетское ркдноэ 1974.

Редккцик литерзтурм ио ноиросйм космическоМ ркдиоэлектроники ГЛАВА (П НАПРАВЛЕННОЕ ДЕИСТВИЕ СИСТЕМЫ ИЗЛУЧАТЕЛЕИ Н Е С ПОЛЕ ИДЕНТИЧНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ, ОДИНАКОВО ОРИЕНТИРОВАННЫХ В ПРОСТРАНСТВЕ (ТЕОРЕМА ПЕРЕМНОЖЕНИЯ ДИАГРАММ НАПРАВЛЕННОСТИ) для получения остронаправленных диаграмм в диапазоне коротких и ультракоротких волн в ряде случаев применяются антенны, составленные из большого числа проволочных вибраторов или других типов излучателей. Получение направленного излучения с помощью таких систем объясняется интерференцией полей, создаваемых отдельными излучателями.

Вследствие этого диаграмма направленности всей антенной системы зависит как от типа излучателей, так и от их расположения, от расстояний между ними, от длины волны и соотношения между амплитудами н фазами токов в излучателях. Соответствующим расположением излучателей и возбуждением в них токов определенных амплитуд и фаз можно получить различные диаграммы направленности.

Напряженность электрического поля в дальней зоне для отдельно взятого )в'-го излучателя может быть во многих случаях определена выражениями типа (1.15) и (1.25): ЗОхт, А„ Ем=- "~ г,ч(~Р,О) )е ги Поляризация поля излучателя зависит от вида и расположения последнего в пространстве.

Вектор напряженности поля, создаваемого всеми излучателями, будет равен геометрической сумме всех и векторов напряженностей полей, т. е, при суммировании полей в рассматриваемой точке необ. ходимо учитывать ориентацию каждого вектора в пространстве (поляризацию), а также его амплитуду и фазу. Если рассматриваемая система состоит из излучателей различного типа, произвольно расположенных в пространстве, задача суммирования полей не может быть упрощена и в общем случае решение получается весьма громоздким. Однако для системы идентичных излучателей при их одинаковой ориентации в пространстве общее выражение для результирующей напряженности поля несколько упрощается, В этом случае напряженность поля, создаваемого каждым отдельным излучателем системы в удаленной точке пространства, будет, в частности, характеризоваться одинаковой поляризацией.

Поэтому амплитуду обшей напряженности поля сйстемы можно определить как сумму комплексных амплитуд составляющих (Ш.ф Е= э, Ем. М ! Ф звв. ввВ Для рассматриваемой системы (р, О)=Р «р, 9)=...=Р (р, Кроме того, учитывая, что линейные размеры системы источников огра- ниченны и малы по сравнению с расстоянием до точки наблюдения, для амплитудного множителя можно принять гг~г,~... гн=г. Поэтому выражение(111.2) можно упростить, вынеся соответствующие множители за знак суммы, зола„ г, (т, е) Е= " 1 ~' 1не г и= ! л =ВР,(р,О) У вЂ” 'е-"', н=! 1 (1П.З) где !, — ток излучателя 1; В = 1 ЗО кй „1 тlг. (П1.4) Предположим, что все излучатели рассматриваемой системы являются абсолютно ненаправленными, т. е.

что множитель Р! (ср, 9) не зависит от сГ и О и может быть принят равным единице. Тогда и 1 Е=В "~' и е (П1.5) ! 1, Последнее выражение определяет напряженность поля в любом направлении (расстояние гн зависит от углов !р и 9). Абсолютное значение этого выражения определяет диаграмму направленности системы из и ненаправленных излучателей, возбуждаемых токами 1н. Обозначив выражение и 1 — ~-!„!~в!, ! 11 перепишем (1П.З) в виде Е = Вг, (Ч!, 9) ~„«р, 9). (П1.7) Множитель В не влияет на форму диаграммы направленности, когорая может быть записана в виде (П1,6) 1«р, 9) = Р, (ч, 9) („(,р, 9), (П1.7а) Последнее выражение позволяет сформулировать так называемую теорему леремножания диаграмм направленности, которая гласит: диаграмма направленности системы из л идентичных и одинаково ориен- бз тированных направленных излучателей определяется произведением диаграммы направленности одиночного излучателя на диаграмму н~3~равленности той же системы из и воображаемых ненаправленых излучателей.

Выражение (1П.7) имеет очень большое значение в теории антенн, так как оно во многих случаях упрощает исследование вопроса о диаграммах направленности сложных антенных систем. Множитель 1„(/1/, О) (П1.6) иногда называют множителем системы или множителем решетки. НЬВ. ПОЛЕ ЛИНЕЙНОЕ СИСТЕМЫ ИДЕНТИЧНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕН Выражение (1П.б) можно упростить в случае расположения излучателей вдоль прямой линии на одинаковых расстояниях друг от друга. Такая система излучателей называется линейной системой или линейной решеткой. На рис, П1.1 показана линейная система из и идентичных излучателей, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга. Пусгь линия расположения излучателей совпадает с полярной осью (г) сферической системы координат, начало которой находится в центре излучателя /.

Тогда направление на точку наблюдения, расположенную на достаточно большом удалении, будет определяться меридианальным углом сферической системы координат. Из рис. П1.1 следует, что г, = г, — йсозО, гг = гг — 2йсозО, (П1.8) гн = гт — (Ж вЂ” 1)йсозО, г// = г1 — (и — 1)йсозО. Подставляя (П1.8) в (П1.3), получаем Е=Вр,(/р,О) у — е- 1 — 1н — /1л .в1 / 7, = В Е - М' Р, (/р, О) ~' — Е/ 1в (Н- Ы В с /8 В1 (П1.9) / 7/ Напомним, что 1 и 1,— комплексные амплитуды токов. Абсолютное значение (модуль) выражения (1 П.9) определяет собой диаграмму направленности линейной системы идентичных излучателей. Множитель является множителем решетки, определяющим диаграмму направленности линейной системы ненаправленных излучателей. Выражение (!И.10) показывает, что зта диаграмма не зависит от азимутально~о угла ф сферической системы координат.

Это обстоятельство позволяет применять правило перемножения диаграмм направленности для любой плоскости ф = сспз( в пространстве, и няютне используя один и тот же множитель си<т. на Янт енин стемы (П1.10). Выражение (П1.10) можно существенно ге упростить для случая линейной системы <'5 с излучателями, у которых амплитуды тоФь ков одинаковы, а фазы меняются по ли- С» нейному закону.

Такие системы иногда называются равномернымн линейными решетками. Подобные антенные системы не являются характерными для общего слу- Я чая, однако они часто встречаются и поъ~ ф Н тому представляют практический интерес. е' Поскольку при рассмотрении данного вопроса нас будет интересовать лишь относительное изменение напряженности поля в разных направлениях, амплитуды токов )„всех излучателей можно принять равными единице. Линейный закон изменения фазы токов можно записать в виде Рис. 111.!. Лииейиая систе ма идеитичамх излучателей ф„= ()т' — 1) ф, (П1.11) где ф — угол сдвига фаз между токами соседних излучателей; т.

е. предполагается, что 1е=!те-"~; Iе=!ее-IФ=!те-"4; !и=-)н ~ е-ит=),е — 11н-па. (П1.12) Подсгавляя (П1.!2) в (П1.9) и учитывая, что амплитуды токов приняты равными единице, получаем Е= В е-/ ° Рт (ф, О) ~~~~ ~е1! 1н — гн г ° е-ч11. (1 П и) ! В выражение (П1.13) входит сумма и членов геометрической прогрессии, первый член которой равен единице, а знаменатель д = ЕЛЕЯсс'Е- Е1 = Етс ГдЕ Ь = КЫ СОЗΠ— ф. аз Сумма и членов геометрической прогрессии 1 — (5 — 11 ПЬ 5 Е 2 МП— 2 2!55 е — ! !Ь и ~~5 цп — 1 1 ь 51П 2 и — ! 5 !и — (5!( Пп 5 0 — !)) 1 / — (ке со5  — !)1 ! 2 — 2 ! П и [ — (к!! со5 0 — 5)/) ~ 2 (П1.14) Подставляя (П1.14) в (П1.13), получаем Е = В ехр [ — ![к !(г( — "— й соз О) + (" 0 '~ ~) 5с Х Р~ (!р, О) з)п ~ — (кй соз 0 — 5)/)1/ з/п ~ — (нй соз 0 — 5(/)~ . (111.

15) 2 !! ~ и 5!п (к/( сп5 0 5)/) Е = Вр((/р, О) ! е-/ <"'о+ч>. (111.16) 5!П !5/( СП5 0 — 5)!)~ [ 2 Модуль выражения (П1.16) определяе! собой амплитудную характеристику направленности рассматриваемой системы направленных излучателей. Фазовый множитель выражения (П1.!6) Š— /( 5+Ч) определяет фазовую характеристику системы, а следовательно, форму ее волновой поверхности (поверхности равных фаз).