L6_065-085 (Линии передачи СВЧ-диапазона, В.М. Максимов), страница 4

Направленные свойства такой системы похожи на свойства рассмотренной системы дискретных источников. Нормированная диаграмма направленности такой системы определяется выра. жением (1П.26), имеющим максимум (равный единице) при с ° 0.,„,=~, (П1.52) где й определяется (И1.25). Условие (!!1.52) может выполняться дл~ значений й, лежащих в пределах О< $(1. (П1.53» Случай й = О, соответствующий синфазиой системе, рассматривался выше; при этом максимум излучения получается в направлении, перпендикулярном линии расположения излучателей. - оа' оо' оа' в-а' Гво'— =о' гво ф-!во оо' тоо О О' Рис.

П! 10 Диаграммы направленности линейной системы нз неизправленнык дискретных излуча- телей при разных сдвигах фаз, При 1, = 1созВ„,„, = 1 и 0„,„, = О, т. е. максимум получается вдоль линии излучателей и направлен в сторону убывания фазы токов системы; это соответствует направлению движения бегущей волны, как бы возбуждающей систему рассматриваемых источников. При значениях О ( й ( 1 направление максимума излучения образует острый угол относительно линии излучателей.

Практически возможен случай $ ) 1, когда условие (11!.52) получения максимума, равного 1, не люжет быть выполнено, так как ни при каких значениях В созВ не можетбыть больше 1 и Р„(0) получается меньшим!. Характер диаграммы направленности изменяется в за. аа висимостн от того, насколько $ отличается от 1. При значениях $, близких к 1, максимум диаграммы (хотя и меньший, чем 1) сохраняется в направлении О = О, т.

е. вдоль оси системы. При дальнейшем увеличении $ значение функции, определяющей диаграмму для направдения вдоль оси системы, постепенно уменьшается н при некотором значении $ ($ = 1 + 1Л.) может даже обратиться в нуль. На рис. П!.! 1 показаны примеры диаграмм направленности линейкой непрерывной системы излучателей при разных значениях $. г) Система направленных излучателей. Рассмотрим некоторые примеры систем, для определения направленного действия которых используется теорема перемножения диаграмм. Полуволновый вибратор с рефлектором. Определим диаграмму направленности системы из двух вибраторов длиной полволны каждый, расположенных параллельно и разнесенных на расстояние в четверть волны (рис. 1И.12). Ток рефлектора опережает по фазе ток антенны на угол 90'.

Диаграмма направленности в плоскости, проходящей через вибраторы, имеет вид Р (р, 9) = Р, (р, 9) Р„(9). (П! .23) Здесь Р, (р, О) — диаграмма направленности отдельно взятого полу- волнового вибратора, которая при указанном на рис. П1.12, а отсчете .углов О определяется уравнением Р, (~р, 9) =-соз ( — з!и 9) /соз 9 2 и имеет вид, показанный на рис. И1.12, б; Р„(О) — множитель системы, представляющий собой диаграмму направленности двух ненаправленных излучателей, разнесенных на расстояние в четверть волны с токами, сдвинутыми по фазе на 90'.

Для подобной системы излучателей выше было получено выражение (П!.32), которое после нормирования имеет вид Р„(9) .—.= соз ~ — (! — соз 9)1 . (1И.54) Соответствующая этому выражению диаграмма приведена на рис. !П.12, а. Диаграммы направленности Р, (ср, 9) и Р„(9) имеют максимумы в одном направлении. Результирующая диаграмма направленности в плоскости антенны с рефлектором определяется произведением со5 ~ — Мп 8) Р(ф,О)= соз! — '" (1 — созО)~ (П1.55) соз 8 ( 4 и имеет вид, показанный на рис. П1.12, г.

Зта кривая может быть построена в результате вычислений с помощью выражения (Ш.55) или графически путем перемножения кривых рис. П1.12, б и И1.12, в, 81 оо' оо' — в=о' !во !во"- оа' ух в' !во' о-о' !во Рис. (П.11 )(иа~ раммы направленности линейной непрерывной системы ненаправленных излучателей при разных значениях й. Рефле у,о) о з Рис. П!!х. Полуволновый вибратор с рефлектором (а); его диаграмма направленности (б)! диаграмма множителя системы (а); анаграмма направленности в плоскости вибратора и рефлектора (г).

Выражение (И1.56) справедливо для плоскости, в которой распоены вибраторы, т. е. для плоскости хОг (рис. Ш.12, а). Зто выраие нетрудно обобщить на случай пространственной диаграммы навленности, т. е. для определения относительной величины иапряности полн в любой точке пространства со сферическими коорди- ри0. Будем считать, что линия, вдоль которой расположены вибраторы, адает с осью г. Тогда множитель системы соз ~ — (1 — соз О)) ос- !4 ся неизменным. С другой стороны, выражение для диаграммы иавленности одиночного вибратора енится и будет иметь вид т Рд(вр,й) =сев ~ —" созо.)/жни, 2 (1И.56) йвв!е ев — угол между осью вибратора Рнс.

!!!.щ. провод длиной с с бе,йзсью х) и направлением на точку )йвблюден и я. Между углами а, О и вр существует следующая связь: соя а — з!и Осоз !у! з(п а = ~Г! — з!и'0 соз'вр, поэтому в,(ввв= ! — ""в. в)/в~ — в в. ннви 2 и выражение для пространственной диаграммы направленности полуволиового вибратора с рефлектором примет следующий вид: (-", мьв. в) ввв,в/- ' ! — "н— к> — и "' ! 4 Зто выражение превращается в (1И.55) в случае !р = О' (т, е. а плоскости хОе). Провод с бегущей волной тока.

Рассмотрим провод длиной 1. (рнс. И1.13) с бегущей волной тока, При ориентации провода вдоль оси г уравнение для тока имеет вид (И1.59) 1, = 1, ехр ( — 1кг), где 1в — ток в начале провода; к = 2п1д = вн/о; о — скорость распространения волны вдоль провода; Х вЂ” длина волны в проводе. Разделим мысленно провод иа больюое числа и одинаковых элементов. Длина каждого элемента в( = 1.1п, расстояние между их центрами также равно в(. Соседние элементы возбуждаются с разностью йаз $ = 2пв(/)в = кА 83 Диаграмму направленности всего провода можно определить как диаграмму системы из л направленных излучателей, т. е.

как произведение Р (гр, О) =- А,Р, (гр, 0) Р„(О), где 0 — угол, отсчитываемый относительно линии расположения элементов; Р, (гр, О) — диаграмма одиночного элемента провода; Р, (О)— диаграмма линейной системы из а ненаправленных излучателей, разнесенных на расстояние й друг от друга, с токами, сдвинутыми по фазе на угол ф = кй! А, — нормирующий множитель, его введение необходимо потому, что направления максимумов (равных единице) для множителей Р, и Р„в общем случае не совпадают. Рис.

!!!.14. Диаграммы направленно- Рис. ! Идб. Диаграмма направленности провода с бегушей волной при ности провода с бегущей волной при 1=0,5Л. с=бЛ. При достаточно большом и длину каждого элемента можно считать малой по сравнению с длиной волны и тогда, как и для элементарного диполя, Р, (гр, 0) = з!п О, Множитель системы Р„(О) определяется формулой (1П.26). Следовательно, общее выражение для нормированной диаграммы направленности провода с бегущей волной ! к1. в!п ~ — (5 — сов О)1 Р (гр, О) = А, ей п 0 (П1. 60) — а — - е! 2 Сомножительзгп Π— 0 при 0 = О, сомножитель Р„(0) нрн О = 0 обычно имеет максимальное значение. Поэтому результирующая диаграмма направленности в плоскости провода имеет максимум под некоторым острым углом к оси провода.

На рис, П1.14 и П1.15 приведены примеры диаграмм направленности провода с бегущей волной для проводов разной длины и нескольких значений й. Пространственные диаграммы направленности получаются в результате вращения фигур, изображенных на рисунке, вокруг провода как вокруг оси. Как видно из рисунка, провод с бегущей волной обладает диаграммой направленности, максимплвнвге значения которой располагоюпся 84 П1.3. МЕТОЛЫ РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА НАПРАВЛЕННОГО ДЕИСТВИЯ АНТЕНН Направленное действие антенн оценивается по ширине диаграммы 1(аправленности в той или иной плоскости, а также по коэффициенту направленного действия.

Напомним, что коэффициент направленного действия (КНД) определяется выражением (В.1()) 1) = — Рев(рх, (Ш.61) где Р, — мощность излучения ненаправленной антенны; Рх — мощность излучения направленной антенны. Отношение этих мощностей определяется при условии получения одинаковой напряженности поля в точке приема от каждой из антенн в отдельности. За ненаправленную антенну принимают антенну, излучающую равномерно во все стороны (так называемый изотропный излучатель). Следует отметить, что даже самые простейшие антенны с линейной поляризацией не обладают абсолютно равномерной пространственной диаграммой. Поэтому иногда КНД определяют не относительно изотропного излучателя, а относительно простейшей реальной антенны, например полуволнового вибратора.

Так, впервые в истории антенн (в 1929 г.) коэффициент направленного действия определил А. А. Пис1олькорс. В дальнейшем, если не будет никаких оговорок, КНД антенн ' пределяется относительно изотропного излучателя. Далее, пользуясь исходным выражением (П1.61), получаем более 'добные формулы для расчета КНД антенн. Окружим антенну сферой достаточно большого радиуса так, чтобы напряженность поля на поверхности этой сферы можно было рассчитывать как для дальней зоны. Поток мощности через элемент дЗ поверхности сферы др = — дд, 1ЕР !20 к где )Е~ — модуль значения напряженности поля на элементе дЕ; в дальнейшем для упрощения записи прямые скобки, обозначающие модуль, опускаются; Ет'120 л = П вЂ” плотность потока мощности в свободном пространстве. Мощность излучения для любой антенны может быть определена как поток мощности через всю поверхность 8 сферы, окружающей антенну, г.

е. как Е' Рх = ~ — г(3. (20 и (П1.62) 85 (в) преоелах одной полусферы. Для провода значительной алины глав'„к)ее лучи диаграммы как бы образуют воронку, которая сужается по мере увеличения длины провода; углы раствора основных лепестков при этом уменьшаются. К таким же результатам приводит и увеличение коэффициента $ (т. е. уменьшение скорости распространения волн в проводе). .