Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 55
Текст из файла (страница 55)
10.6. Несимметричные нибраторы с расширенной по- . лосой частот быть заменен четырьмя (или более) горизонтальными проводами (рис )0.5, б) длиной Х/4 каждый. В другом случае диск нли провода, играющие роль противовеса, могут быть заменены четверть- волновым стаканом, закороченным на одном конце (рис. )0.5, в).
В атом случае внешняя поверхность стакана возбуждается так, что он совместно с выступающим внутренним проводником коаксиальной линии образует полуволновый вибратор. На проводящих поверхностях могут быть применены петлеобразные четвертьволновые вибраторы, в частности с использованием шунта (рис. 10.6, а). а Вибраторы с шунтом имеют увеличенную эквивалентную толщину по сравнению с простым вибратором и поэтому обладают расширенной 1 1 рабочей полосой частот. г Схема широко распространенного четверть- волнового вибратора с приподнятой точкой питания показана иа рис. 10.6, б. Здесь емкостное реактивное сопротивление верхней половины внбратора и точках питания а и Ь компенсируется последовательно включенным с ним индуктивным сопротивлением нижней половины вибратора. Подбирая диаметр вибратора н соотношения длин 1 и 1, можно по- Р"а 10.7.
Дискокосуслучнть 10 в 15%-ную полосу пропускания антенны. Волее шнрокополосна так называемая дискоконусная антенна (рис. 10.7), возбуждаемая коаксиальной линией передачи. Экран линии присоединяется к металлическому конусу 7, а внутренний проводник — к металлнческому диску 2. Начиная с некоторой максимальной длины волны Лж а КСВ линии оказывается близким единице, причем с укорочением длины волны согласование улучшается. Экспериментально подобранные размеры антенны следующие: а/Лтах=0,175; Ь/Лтах=0,25; с/Л „=0,275. В диапазоне длин волн от а/Л=0,175 до а/Л=0,45 ДН антенны в вертикальной плоскости изменяет свою форму незначительно — она близка ДН обычного внбратора.
й 10ЗП ТУРНИКЕТНЫЕ АНТЕННЫ Систему из двух перпендикулярных вибраторов с совмещенными центрами принято называть турникетной антенной (рис. 10.8). В зависимости от соотношения токов на входах вибраторов могут быть реализованы различные режимы работы антенны. Режим всенаправленного излучения. При питании вибраторов токами равных амплитуд с фазовым сдвигом и/2 пространственная амплитудная ДН имеет вид, показанный на рис. 10.8, б. Нули излучения отсутствуют, максимумы получаются в перпендикулярных обоим вибраторам направлениях, т.
е. вдоль положительной и отрицательной полуосей г. В плоскости расположения вибраторов поляризация излучения линейная, в остальных направлениях в эллиптическая. В направлении оси г поляризация излучения чисто круговая. Направления вращения вектора поляризации в двух полупространствах, разделенных плоскостью хОу, противоположны. Таким образом, в поле излучения содержатся все возможные состояния вектора поляризации. Интересен вид фазовых характеристик направленности в плоскости хОу (рис.
10.8, в) — они аналогичны спирали Архимеда. Незамкнутость линий равных фаз при обходе вокруг аятенны в плоскости хОу в дальней зоне свидетельствует об отсутствии фазового центра. Режим всенаправленного излучения используют при создании телевизионных передающих антенн с горизонтальной поляризацией, Юхвбг Зхббт е1 Рнс.
10.8. Турннкстный внбратор: а — квнструнвнв; б — аннннтуанан дн, в — фааваан ДН располагаемых на высоких мачтах. В качестве элементов таких антенн наряду с обычными цилиндрическими удобно использовать плоскостные шунтовые вибраторы, предложенные Б. В. Брауде (рис. 10.9). Плечи вибратора выполняются из ряда параллельных металлических трубок, заполняющих окаймляющую прямоугольную рамку. В точках ЬЬ плечи вибратора замыкаются на мачту (что обеспечивает молниезащиту), а в точках аа прикладывается возбуждающее напряжение. Оптимальные размеры плоского внбратора: а=0„26Х,р, '1=0,16Х,р. В этом случае в полосе частот ~7,5% входное сопротивление почти постоянно и равно 140 Ом.
Для сужения ДН телевизионной антенны в вертикальной плоскости может быть использовано несколько синфазных этажей из турникетных вибраторов, располагаемых на примерно полуволновых расстояниях один от другого (рис. 10.9, б). При четном числе этажей излучение вверх и вниз отсутствует и максимум излучения создается в горизонтальной плоскости. Вибраторы разных этажей, находящиеся в одной вертикальной плоскости, питаются одной двухпроводной линией, а находящиеся в другой вертикальной плоскости — другой двухпроводной линией (рис. 10.9, в), Линии настраиваются на бегущую волну и соединяются параллельно, причем одна из линий выполняется длиннее другой на Х/4, что обеспе- чивает сдниг фаз н вибраторах каждого турникета на и/2, Двухпроводные линии «перекрещиваются» между этажами, чем обеспечивается синфазность возбуждения вибраторов в разных этажах Режим регулируемой прлврнзацни поля.
Очевидно, что подбором соотношения амплитуд и фаз токов на входах скрещенных виб- Рнс (Охк Плоскостной шунтояой ннаратор (а) аля много»тая ной турннкетной телевнзнонной персааюшсй антенны (о) со схемой ннтаннн на двухпроводных линиях (а) раторов в направлении оси з (т. е. в направлении максимального излучения) может быть обеспечена любая желаемая поляризация поля. Это открывает дополнительные возможности осуществления лоляризационной избирательности в радиосистеме. При передаче регулирование токов на входах вибраторов можно осуществить с помощью электрически управляемых фазовращателей и делителей мощности (см.
$4.6, 6.6, 6.9). При радиоприеме вибраторы турникетной антенны могут быть присоединены к отдельным приемникам и сложение сигналов от каждого радиоканала может производиться на промежуточной или даже на низкой частоте (т. е. после детектирования). В последнем случае приемная антенна вместе с прием- инками может принимать волны любой поляризации. й (о.з.
щвлквык лнтвнны Возможность выполнения щелевых антенн заподлицо с металлической поверхностью делает их чрезвычайно удобными для применения на летающих объектах с низким аэродинамическим сопротивлением. Излучающие щели в бесконечной металлической плоскости сравнительно просто анализируются с помощью принципа двойственности и метода зеркального изображения. В реальных условиях спели располагаются на ограниченных поверхностях неправильной формы, и прн расчетах характеристик излучения приходится использовать приближенньн подходы. Самый простой подход заключается в замене криволинейной металлической поверхности касательной металлической плоскостью — бесконечным фланцем.
Установлено, что этот подход пригоден для расчета проводимостей излучения резонансных щелей на поверхностях, линейные размеры и радиусы кривизны которых не менее длины волны. Простейшая полуволновая щелевая антенна на металлической площадке конечных размеров может быть возбуждена резонатором в виде короткозамкнутого четвертьволнового отрезка прямоугольного волновода с волной Ню (рис. 10.10, а), Питание подво- Рнс !О.!О.
Способы возбузнденнн нсеневой антенны с резона. тором дится коаксиальным кабелем, внешний проводник которого присоединяется к одной стороне щели, а внутренний — к другой. Резонатор играет роль металлического изолятора, и его реактивная проводимость компенсирует собственную реактивную проводимость щели. Согласно (9.16), входное сопротивление полуволновой щелевок антенны с настроенным резонатором на экране больших электрических размеров в пучности напряжения (в центре щели) равно Р„=- =7сз!'(2)са, ) =970 Ом.
Чтобы согласовать это сопРотивление с волновым сопротивлением коакснальной линии д„, следует подключить линию ближе к краю щели, на расстоянии 1 от края, определяемом из уравнения з)п~(11=Ха/)г . Коистуктивно удобно расположить резонатор так, чтобы одной широкой стороной он примыкал к экрану и ввести коаксиальную линию внутрь резонатора через другую широкую сторону (рис.
10.10, б). Обсудим особенности ДН щелевых антенн на экране конечных размеров. В плоскости вектора Н (т. е. в плоскости, проходящей через щель) излучение вдоль щели равно нулю, явление дифракцин волн на краю экрана сказывается слабо и ДН почти не зависит от размеров экрана. В переднем полупространстве она примерно совпадает с ДН щели в бесконечном экране, в заднем полупространстве имеется небольшой лепесток. В плоскости вектора Е (т. е.
в плоскости, перпендикулярной щели) ДН сильно зависит от размера эирана 20 и незначительно за- висит от размера 2Н. В этой плоскости ярко выражена дифракция волн на краю экрана. На собственное излучение щели накладывается добавочное излучение, появляющееся из-за возбуждения краев экрана, что приводит, с одной стороны, к появлению поля за теневой стороной экрана, с другой — к искажению формы ДН в переднем полупространстве. Вследствие интерференции волн, излу- Р Е/3 05 Г~ а/Л йз нд-аь астр Рнс.
10.11. ДН щелевоа антенны на конечном экране в нлос- косп вектора Е чаемых непосредственно щелью и излучаемых при дифракции у краев экрана, появляются максимумы и минимумы излучения, число которых тем больше, чем больше отношение 2(./Х. На рис. 10.11 штриховыми линиями показаны экспериментальные ДН щелевой антенны в плоскости вектора Е (штриховые кривые) в зависимости от размеров экрана. На том же рисунке приведены теоретические ДН (сплошные кривые), рассчитанные по приближенной методике„ когда распределение поверхностного электрического тока иа передней стороне экрана предполагается совпадающим с распределением поверхностного электрического тока в бесконечном экране (так называемое приближение физической оптики).
На рис. 10.!2 приведены теоретические ДН в плоскости вектора Н, вычисленные в предположении, что размер 20 является конечным, а размер 2Е бесконечно велик. Экран в этом случае представляет собой бесконечнун> полосу, являющуюся вырожден- ным эллиптическим цилиндром. Теоретические расчеты здесь проведены строгим методом собственных функций. На практике применяются не только односторонние„ио и двусторонние щели, расположенные на площадках ограниченных раз- гаа' Рнс.
10.!2. ЛН щелевой антенны на конечном экране в плоскостн век- тора и мероэ. Если и антенне на рис. 10.10, а удалить резонатор, то получится двусторонняя щелевая антенна. ДН в каждом поаупростраистве примерно такие же, как ДН на рис. 10.11 и 10.12 для освещенной области пространства. Однако в плоскости вектора Е из- хам ааа гаа а "гаа дМ йв чей гк а,ьа а,ьз адг 1/л Рнс.
10 13. Экскернментальные грвфнкн входного сопротив- ления двусторонней щелевой антенны лучение вдоль поверхности экрана оказывается строго равным нулю. Входное сопротивление двусторонней щелевой антенны на большом по сравнению с длиной волны экране может быть определено по формулам (9.17). Для резонансной полуволновой щели оно равно примерно 485 Ом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
