Кугушев А.М., Голубева Н.С. Основы радиоэлектроники. Линейные электромагнитные процессы (1969) (1092090), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Рассмотреннаи выше антенна типа «плоскан синфьзная решетка» при увеличении числа полуволновых вибраторов — 118— и уменьшении их длины в пределе преирашается в плоский поверх. постный эквифазиый излучатель. Поле плоского экаифазного излучателя (рис 2-21) прн однородном распрелеленни амплитуд на нем можно найти тем же методом, что и поле полуволпового анбратора, т. е.
полагая плоский поверхностный излучатель состоящим из бесконечно большого числа элементарных излучателей (принцип Гюйгенса). Рпс. 2-21. К расче~у поля плоского гсзл!чателя. В точке М(г, О, ср), удовлетворяющей условию (2-5-8), напряженность поля, создаваемого элементарным электрическим излучателем согласно (2-3-12) с учетом (з-3.1) определяется выраже- нием Их! дхз ! '-' — гр[г — г э!о р г з!а ) (2„5 11) йг — напряженности поля на поверхности экаифььного излучат~ля плошадью З=пЬ, по которой течет ток ! в направлении оси ПлЧ вЂ” длина элементарного излучателя (с)х, б Х), с)хз — его ширина.
В плоскости хзбхз(!р =О) паче элелгентарного излучателя согласно (2-5-11) определяется выражением с(Я(О) !Е с ! гс л эго ! ,— ',!с —, В )сг а поле всего поверхностного элентрического излучателя! а +— г Е[0) = 0 271(л — юп В ) (2-5-15б) Е(О) = Р л — пВ Л (2-5-!4) а 5(п(л — О) Л Е(0) = а л — В Л (2-5-!6) 51П(Ч вЂ” „ф ) Е(гр) = (2-5-17) /ал 51П~ 5!ПВ ) Е (0) Е(В) = (2-5-!5) 5 Е о а Л вЂ” 5|п В Л 4лаЬ О(О, р) — — Ео(0, р). Лз Ь 5)п (л — з1п р ) Л Е(ф) = (2-5-15а) Ь Саз 1Р л — 5(п 1р (2-5-18) (2-5-18а) — 120 5 е — Рг. 1(Е(0)=!' Š— — е-ж* ° 1" зал Лго а а а 2 2 а 51П(л 5!П 0 ~л — '.
"и') Рис. 2-22. Диаграмма излучения плоского сннфазного излучателя в полярных (а) и декартовых (6) координатах, нлн в виде относительной величины Для плоскости х10хо (В=О), исходя пз (2-5-!1), аналогичным путем моткно получить: Поле поверхностного магнитного излучателя можно определнть с помощью формулы (2-5-!4), испольтуя принцип двойственности (сл1, стр. 90, 91).
Если поверхность плоского излучателя ограничена окружностью диаметром Р, то формула (2-5-15) принимает вид: 0 3десь Цл — 5(п 0 ) — функция Бесселя. Л Если 0 и 1р мало отличаются от нуля (что часто имеет место в практических условиях), то Диаграмма излучения плоского эквифазного поверхностного излучателя (рис.
2-22), кроме главного, содержит боковые лепестки. Угол, в пределах которого находится главный лепесток, а' =2 —. а Угловой шириной диаграммы излучения в вертикальной и соответственно горизонтальной плоскостях условно называются углы Л Л а=0,9 —; ()=0,9 —, (2-5-17а) а) ' Ь ,ри„„р Е*(0)=),иь"(Ч)='! . Коэффициент направленного действия плоского эквифазного поверхностного излучателя на основании (2-3-19) определяется выра- жением Для главного направления (0=0,1р=б) 4лаь Е Оо — — — = 4л —, Лз Ло а с учетом выражений (2-5-17а) 4Л оо = а() — 122— Разумеется, диаграмма Ет(0, ф) является также диаграммой 0(0, ф) В технике сверхвьчсоких частот (СВЧ) в качестве антенн широко используют параболические отражатели (рис.
2-23. а) н рупоры (рис, 2-23, б), с помощью которых сравнительна просто формируется эквифазная плоскость. ганне антенны называются а н ген н а м и поверхностного типа. К их числу относится и диэлектри. Рис. 2-23. Поверхностные антенны. л — вврвболическоя; б — рувориля; в — диэлектрическая: г — фвэироввииля решетке. ! — волвовод; г — уврввляющвя обмотке: 3 — феррит. ческая антенна (рис, 2-23, и), состоящая из диэлектрического стержня, на поверхности которого возбуждается электромагнитное поле. Амплитуды и фазы этого поля распределяются па поверхности так, что диаграмма излучения имеет максимум в направлении осн стержня (см, также 6 3-8). Сложной поверхностной антенной является фазироааиная решетка (рнс.
2-23, г), которая позволяет осуществлять электронное сканирование, т. е. перемещение мзкснмума диаграммы нзлучения с балыпой угловой скоростью. Излучаэошая поверхность такай антенны образуется отдельными излучателями, например, открытыми конпаищ волноводов. Все волноводы возбуждаются одним источником а фазы поля в каждом волнаводе изменяются с помощью фазовращателей, представляющих волновод частично или полностью заполненаым анизотропаой средой: феррит, плазма и т. п (сы. 6 2-9). Под действием у.прав.чяющего магнитного паля происходит поворот фазовой плоскости и, следовательно, диаграммы излучения, 2-6.
УРАВНЕНИЯ РАДИОПЕРЕДАЧИ И РАДИОСИГНАб) ИЗАЦИИ Плотность потока мощности излучения плоского поверхностного издучателя в главном направлении на основании (2-3-16) выражается формулой До= ао) о ив (2-6-)) 4лг' Рис. 2-24. К определению гранины дальней зоны плоского эквифазиого излучателя. Формула эта действительна лишь при условии (2-8-8), т. е. дла дальней зоны, где можно пренебречь разностью хода лучей ат всех точек эквифазной плоскости (рис. 2-24). Есдн 5 — плошадь излучающей поверхности, то приближенно разностью хода лучей с учетом длины волны можно пренебречь при условии 3 (2.6-2) иии Область г<г„я„иазывается ближней зоной (зоной Френеля).
Напряженность поля, создаваемого плоским эквифазным излучателем, в этой области определяется с учетолч разности хода лучей, т. е. выражением 65 сов(п, г) кт Е (г) = г — ' е ) р ' д5, (2-6-3) Л 5 которое представляет общую формулировку принпипа Гюйгеиса для плоского эквифазного излучателя и вытекает из формулы Кпрхгофа (Я)дЕ5 е г'Р" д е йэ (г) = — ~ — — — Š— ~ дЗэ (2-6-4) 4л "дл г дл и„= п„~+ (2-6-5) гпу т Едоп !Те доп м ш 130 квт/сиз.
120 и (2-6-6) — 124— — !25 прн условии однородности Ее на излучающей поверхности Я и » у л. Формула (2-6-4) является решением уравнения Гельмголыга (Д-6-1!), определяющим монохроматическое поле внутри конечного объема, на ограничивающей поверхности которого задано поле Ез. При инкождении этого решения используется формула Грина (Д-З-ЗЗ). Согласно выражению (2-6-3) еапряженность поля на расстояниях г<г„оп, изменяется а пределах китерференционных мдксизгумов н минимумов, н на расстояниях г>г„„я монотаяно убывает по закону 1(г (рис. 2-25).
Рис. 2-25. Поле плоского эквифазного излучателя. На основе (2 6-!) и (2 5-18) можно написать ур а вне и не р а днопередачи энергии в нотором П„ — плотность потока мощности в месте приема электро. магнитной энергии; Пм — то же иа поверхности излучателя; 5,— плошадь плоского поверхностного экаифазного излучателя с однородным распределением амплитуд поля. Величина плотности потока мощности ограничена элентрической прочностью среды, а которой находится излучатель, Если этой средой является атмосфера прн нормальном давлении с электрической прочностью около 30 ко!см (прн частотах, меньших !Ои гц), го в соответствии с (1-9-4) допустимая плотность потока мощности на поверхности излучателя, если принять трехкратный запас прочности, не мажет быть более Прн подстановке условия (2-6-2) в (2-6-5) видно, что при ис.
пользовании плоского экзифазного поверхностного излучателя !Тег<Пеь т. е плотность потока ыогпности а дальней зоне всегда меньше, чем у излучателя. Чтобы получить п„> им (2-6-7) на больших расстояниях (значительно превышающих размеры излучателя), согласно (2-6-5) необходимо, чтобы г<ЗП)ч что противоречит условию (2-6-2), выведенному для плоского эквифазного излучателя. По этой причине для радиопередачи энергии, при которой П, превышало бы Пеь необхойим другой излучатель, в частности Рис. 2-26.
Сферический синфазный излучатель, сферический эквифазиый излучатель (рис. 2-26), у которого поверхность равных фаз совпадает с внутренней поверхностью сферы. Такой излучатель может быть, в частности, создан с помощью «плоеной» линзы (рис. 2-27), иа которую падает плоская волна н которая Рнс. 2-27. Плоская лииза, образующая сферический эквифаз- ный излучатель.
а — продольный разрез; б- поперечный разрез днзлекгрнческип козф- $нпнент л-го слоя больше. че» у !л+1).го; 'л > л+1 состоит из концентрических слоев, фззовая скорость в которых умеиьшаетси с увеличением нх радиуса Сферический излучатель позволяет сконцентрировать (сфокусировать) передаваеыую энергию на большом расстоянии. Величина Пса по формуле (2-6-5) в случае сферического излучателя определяется в его центре (рис. 2-26).
Распределение плотности потока мощности в плоскости Ог,хв проходящей через центр, определяется выражением "(л Л вЂ” ') П«2 (Р) Пьз П, г П з!и !я (2-6-8) /), р = П«, л —— л где р="р хг + хз называя «эффективной плошадкайа площадку -/ 2 2 диаметром 02, на которой Пот (р) - 085/?«ь иа основе (2-6-8) находим, что для условия (2-6.7) должно быть выполнено /)с 0,2 г д П, (2-6-9) т, е. при заданных значениях г и /)2 заданным является и отношение В~/Х. Отсюда вытекает необходимость применения весьма коротких вола для раднопереда ш эиер- 1 гпи иа большие расстояния прн сстовин Па«)Пы.
!хонпентрапня электромагнитной энергии с помощью фернческого излучателя имеет большое практическое значе- /7„ П 1 ние. так как позволяет, а част«а ности, осуществлять нагрев илн другую технологическую обработку изделия в изолированном обьеме (рпс. 2-28). При этом электромагнитная энергия Рис 2-28. Схема технолопшеского практически полностью может нагрева. быть сосредоточена только в обрабатываемом предмете, а У вЂ” «Ф«рм«ее«ай излучатель; 2 — обрабатываемое тело; 3 — камера с мн«рт- через изолирующую его от в«й средой. внешней среды стенку поток пи<им<и . энергии может проходить с малой плотностью и, следовательно, практически без потерь Сферический излучатечь позволяет также скониентриравать энергию в небольшой избранной части объема вешсства, не воздействуя иа остальную часть вешестаа. Подчеринем, что выражения (2-5-!7), (2-6 5), найденные нами для эквифазного повсрхностнога излучателя, неприменимы к векогсрснтиым колебаниям ($2-1), в частности, к случаю, когда в фокусе параболического отражателя помешена электрическая дуга, дал~и» накачивания и т.
и. Для примера укажем, что угловая ширина луча дугового прожентора на несколько порядков больше определяемой по формуле (2-5-!7). Следует также отметить, что выведенные для монохроматпческого паля выра>кения (2-5-!5) и (2-6-5) пригодны н для поля, состоящего из спектра частот, если разность хода лучей различных точек излучателя много меньше «интервала когерентности» Л/ь, т. е, длины, на которой получается допустимый сдвиг фаз Лф колебаний, входящий в эффективную полосу спектра Ь/.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
