Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Классификацию антенн обычно проводят по способу формирования излучаемого поля, выделяя следующие четыре класса антенн: !. Изличатели небольших размеров (! -Х) для диапазона частот !О кГц — ! ГГц. К числу антенн этого класса относятся одиночные вибраторные и щелевые излучатели, полосковые и микрополоско- вые антенны, рамочные антенны, а также частотно-независнмые излучатели. 2.
Антенны бегущей волны размерами от Х до 10Х для диапазона частот 3 МГц — 10 ГГц. Сюда относятся спиральные, диэлектрические, директорные, импедансные антенны, а также антенны «вытекающей» волны. 3. Антенные решетки размерами от Х до 100Х и более для частот 3 Мгц — 30 ГГц. Это антенны, состоящие из большого числа отдельных излучателей.
Независимая регулировка фаз (а иногда и амплитуд) возбуждения каждого элемента антенной решетки обеспечивает возможность электрического управления диаграммой направленности.. Применяются линейные, плоские, кольцевые, выпуклые и конформные (совпадающие с формой объекта установки) антенные решетки. На основе антенных решеток выполняют антенные системы с обработкой сигнала, в том числе адаптивные к изменяющейся помеховой обстановке.
4, Апертурные антенны размерами от Х до 10001 для диапазона частот 100 МГц — 100 ГГц и выше. Наиболее распространены зеркальные, рупорные и линзовые апертурные антенны. К апертурным антеннам примыкают так называемые «гибридные» антенны, представляющие сочетание зеркал илн линз с облучающей системой в виде антенной решетки.
Апертурные антенны строятся по оптическим принципам и обеспечивают наиболее высокую направленность излучения. Разработка современных антенн' основывается на сочетании теоретических и экспериментальных методов. Это связано со сложностью построения достаточно точных математических моделей, адекватно описывающих поле излучения и другие характеристики антенн. Зачастую для проведения строгих расчетов антенн не хватает ресурсов даже мощных ЭВМ. Поэтому расчеты, выполняемые на разумном уровне математической строгости, дополняют и сочетают с экспериментальными исследованиями. При этом широко используют имитационные модели антенн, основанные на принципе электродинамического подобия (одновременное изменение физических размеров антенны и рабочей частоты при сохранении электрического размера).
Имитационные модели значительно ускоряют н удешевляют проведение экспериментальных исследований. В последнее время широкое распространение получают автоматизированные стенды для антенных измерений, в которых снятие характеристик антенн производится с помощью ЭВМ, ведущей также обработку результатов и оформление протоколов измерений.
Разнообразие методов исследования антенн, связанное с необходимостью одновременного решения в диалектическом единстве самых разнообразных проблем (системных, радиотехнических, конструктивно-механических, автоматизированного управления, аэродинамических, метеорологических и др.)„ превращает процесс раз- работки и испытания антенн в увлекательный вид творческой дея- тельности, развивающий научный кругозор и требующий хорошей математической эрудиции. й тл. Ствуктхвндя схиил дптинпы В схеме конкретной антенны можно выделить следующие элементы: вход, согласующее устройство, распределитель и излучающую систему (рис.
7.1). Под входом антенны обычно понимают сечение линии передачи с волной заданного типа. Положение этого сечения должно быть указано точно„что необходимо для однозначного электрического расчета тракта. Современные антенны' могут иметь несколько, а иногда сотни и тысячи входов. Этн входы пмуппющпп пппнпнп могут использоваться для одновременной работы антенны .'у~л сппп пппн.
на различных частотах или же нпп для независимого формнрова- . ппеппппнпп пр ння нескольких различающих- еппд ся характеристик направленности. Согласуюи)ее устройство Рис. 7.!. СтРУктУРнпп схема антенны предназначается для обеспечения режима питающей линии, как можно более близкого к бегущей волне. Наряду с обычными схемами узкополосного и широкополосного согласования в антеннах часто используются-возможности согласования входа путем рационального выбора ряда конструктивных размеров в распределителе. Распределитель антенны представляет конструкцию из провод. ников и диэлектриков и предназначен для создания нужного закона распределения излучающих токов, обеспечивающего формирование требуемой характеристики направленности.
И наконец, излучаюи!ая система представляет собой область пространства, в которой протекают токи, возбуждающие электромагнитные волны. В силу принципа обратимости антенн такое же название может быть сохранено и для приемных антенн. В качестве излучающей системы могут фигурировать как реалы~ые электрические токи, текущие по металлическим поверхностям, так и эквивалентные фиктивные электрические и магнитные токи на зам. кнутых поверхностях„окружающих антенну (см.
формулы (П. 14) и (П.!5) приложения1, а также токи электрической и магнитной поляризации в объемах, занимаемых магнитодиэлектриками. Выделение распределителя и излучающей системы связано с традиционным подходом, согласно которому расчет антенны раз.деляется на две части: внутреннюю задачу и внешнюю задачу. Внутренняя задача состоит в нахождении функций распределения высокочастотных токов в излучающей системе. Во внешней задаче гегеле юнее уапреч йенг Ебеуч теел 5 73. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ИЗЛУЧАЮЩИХ СИСТЕМ В ДАЛЬНЕЙ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ И БЛИ)КНЕЙ ОБЛАСТЯХ При теоретических исследованиях излучающие системы антенн обычно предполагаются расположенными в неограниченном однородном пространстве.
Это существенно облегчает задачу расчета электромагнитных полей н сохраняет возможность впоследствии по известному распределению токов определяются электромагнитное поле антенны и характеризующие его параметры (ширина луча, уровень бокового излучения, коэффициент направленного действия и др.). Разделение расчета антенны на внешнюю и внутреннюю задачи целесообразно в двух случаях: 1) при создании приближенных методов анализа характеристик антенн известной конструкции, основанных на угадывании предполагаемого решения более сложной внутренней задачи; 2) при построении методов синтеза анр егеучеюмег гееБюе юлгаб тени с заданными характерисгерееле ! реггеые тиками поля излучения.
В этом ! случае предварительное опре- деление требуемого распредегюге гм "" 'Р' глюэю ления токов в излучающей сис- теме облегчает конструнрова- 0 ние соответствующего распрел- ! ! делителя. Пример. Двухзеркальная парабо! лнческая антенна (ркс. 7.2). Излучаюгб щей системой этой антенны является раскрыв (или апертура), т, е.
гшоская воображаемая поверхность, затягиваб) ющая выходное отверстие главного параболического зеркала. Предполагается, что эта поверхность обтекается Рис. 7.2. Двухзеркальная параболическая эквивалентными электрическими и антенна! магнитными токами. Главнее и маа — схема и хох хгчеа! б — засазехелеиие их- лое зеркала совместно с рупорным хгчаюашх гиюа но аахитсг облучателем образуют конструкпию распределителя. Отдельное согласуюпгее устройство размещается в месте перехода входного волновода в рупорный облучатель Размеры раскрыва параболической антенны в десятки и сотни раэ превышают рабочую длину волны, поэтому расчет распределителя может производиться методамн геометрической оптики (ход лучей в такой антенне подобен ходу лучей в оптическом прожекторе). Иногда при более точном расчете параболической антенны в качестве излучающей скстемы вместо эквивалентных электрических и магнитных токов в раскрыве используются реальные электрические тони, наводимые полем вспомогательного зеркала и облучателя на поверхности главного зеркала.
Таким образом, в зависимости от применяемого подхода излучающая система одной и той же антенны может определяться различным образом. учесть влияние Земли и окружающих предметов с помощью методов теории дифракции. Как известно из основ электродинамики, векторные потенциалы электромагнитного поля„создаваемого известным распределением возбуждающих электрических и магнитных токов )ем(х', у', я') в произвольной точке наблюдения Р(х, у, з), определяются выражением А'м(х, у, х)= — 3м" (х'„у', х') — а!г', (7.1) где г=)'"(х-х')2+(у — у')т+(з — а')э — расстояние между точками наблюдения Р и интегрирования О", (1=2п/).; )г — объем, занима- емый токами излучающей системы. Выражение (7Л) представля- ет строгое решение векторных неоднородных уравнений Гельм- гольца (см.
формулы (П.4) и (П.б) приложения). Это решение яв- ляется единственным, поскольку удовлетворяет условию излучения на бесконечности и имеет всюду конечное значение. Последующая подстановка (7.1) в (П.4) позволяет определить векторы полей Е и Й для любой точки пространства.
Сокращенно можно записать Е(х, у, я)=ау(Л'"(х, у, х)), Й (х, у, я)= Я (.Р "(х', у', х')), (7.2) где 8( ) и М(.) — векторные интегродифференциальиые операто- ры, задающие последовательность вычислений нужных компонен- тов поля. Операторы Ю(.) и М( ) ставят в соответствие заданно- му распределению электрических нли магнитных токов,в области У распределение полей Е и Й в пространстве. Эти операторы яв- ляются строгимн и применимы при любых взаимных расположе- ниях точек источников и точек наблюдения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
