Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ (1988) (1095425), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Днректорные антенны образуются из ряда внбраторов, располагаемых параллельно в общей плоскости и образующих «волновой канал». На частотах.100 — Г000 МГц директорные антенны обычно выполняют из жестких металлических вибраторов (рис. 11.27). На более высоких частотах более удобными оказываются полосковые и микрополосковые конструкции директорных антенн. Один из вибраторов в директориой антенне является актив- Рнс. ! 1дт. Проволочная (а) н родос коаая (б) дяректорнме антенны ным У„остальные — пассивными. Один из пассивных вибраторов, располагаемый позади активного, играет роль ре4лектора 2, а другие, располагаемые впереди активного вибратора, играют роль директоров 3 (см.
2 9.6). Длина рефлектора несколько больше ),/2, а длина директоров несколько менее )/2. В качестве рефлектора используется только один вибратор, так как последующие рефлекторы слабо возбуждаются и не могут оказать заметного влияния на излучение антенны. б)Л ц)Л , Число директоров может быть ац большйм ()О и более), посколь- 'чя ку излучение антенны направляется в сторону директоров и вследствие этого они после- 1 довательно довольно интенсивно возбуждаются.
Внбраторы директорной антеины можно крепить среднн- ха аыуу о/ ми точ.амн к продольному металлическому стержню (рис. У ! !.27, а), Этот стержень ие возбуждается, поскольку силовые линии вектора Е пересекают его под прямым углом. Активный вибратор обычно выполняется петлеобразным и крепится к стержню в середи- усу б) не неразрезанной части. Таким образом, антенна может быть смонтирована без изоляторов н заземлена по постоянному току (для молниезащиты).
Для получения максимального КНД расстояния между директорами и длина каждого из них должны специально подбираться на заданной частоте с тем, чтобы выполнялись определенные соотношения между токами в вибраторах. Настроенная директорная антенна весьма чувствительна к изменению частоты, Поэтому антенна является узкополосной — рабочая полоса частот при допустимом изменении КНД в два раза составляет несколько процентов. По направленным свойствам к директорным антеннам близки ребристо-стержневые антенны (рис. ! !.28).
В этих антеннах систему пассивных металлических дисков, прикрепленных к центральному стержню, можно уподобить набору плоских директоров. Однако возможен и другой подход, когда набор дисков вместе с центральным стержнем трактуется как цилиндрическая импедансная замедляющая структура. Основными преиму1цествами директорных н ребристо-стержневых антенн являются простота кояструкции, высокий КПД (почти 100 % ) из-за отсутствия диэлектрических изоляторов и относительно малая собственная масса. Для увеличения направленности воз- У можно объединение нескольких параллельно расположенных излучателей в антенную решетку.
Ф ыло. волноводно-щелевые Антенные Решетки Антенны этого типа представляют собой решетки из многих излучающих щелей. РИС. 11Дв. РсоРМСУО-СУЕРж''Мй" МИ ПитаЕМЫХ ОбщнМ ВОЛНОВОдОМ, тенин: и применяются преимущестй — снннетоноуимиее устоойстио: у — еноеи; л — иетеллитесннй мзолнтоо венно В качестве бортовых Ост- ронаправленных антенн. Чаще всего используют полуволновые резонансные щели, располагаемые иа широкой или узкой стенке прямоугольного волиовода с волной типа Ню. Разновидности щелей. Возбуждение одиночной щели происходит тогда, когда ее пересекают электрические токи, текущие по внутренним поверхностям стенок волновода.
При распространении волны Н,й в прямоугольном волноводе присутствуют трн составляющие поверхностного электрического тока. "две поперечные Х„и Ху, порождаемые продольной составляющей магнитного поля тт„и одна продольная Х,, порождаемая поперечной составляющей От . Продольная составляющая тока существует только на широких стенках волновода, а находящиеся по отношению к ней в фазовой квадратуре поперечные составляющие существуют как на широких (тл), таК И На УЗКИХ ((У) СтЕНКаХ. ИСХОДЯ ИЗ РаСПРЕДЕЛЕНИЯ ПО- верхностных токов легко представить себе физическую картину возбуждения различных типов щелей в волиоводе (рис.
11.29). Поперечная щель 1 на широкой стенке возбуждается продольными токами, причем интенсивность ее возбуждения уменьшается при смещении центра щели от середины широкой стенки. Продольная щель П пересекает поперечный ток, если только она сдвинута относительно середины широкой стенки волновода. Ее излучение возрастает с приближением щели к краю широкой стенки и полностью отсутствует при хй — о/2.
При размещении продольной щели по разные стороны от осевой линии волновода фаза излученного поля меняется на 1Е0' из-за изменения направления поверхностного тока, Наклонная щель П1 в узкой стенке возбуждается поперечным током постоянной амплитуды. Поэтому интенсивность ее возбуждения регулируют, подбирая угол наклона Ь. При 6=0 цель ие возбуждается, при б=90' излучение максимально. Наклонно смещенная щель 1Ъ' в широкой стенке пересекается как тродольными, так и поперечными токами.
Следовательно, интен:ивность ее излучения (а также фаза излучаемого поля) зависит как от координаты центра х,, так и от угла наклона б. Рис. )в.29. Распределение томов на стендам вплипвпда (а) и разновидности ивлучамвднм щелей (6) Все рассмотренные щели излучают поле линейной поляризации с вектором Е, перпендикулярным длинной стороне щели. Для излучения волн круговой поляризации используют крестообразные щели, получаемые совмещением центров щелей 1 и !1. Поверхностные токи 1, и У, возбуждающие соответственно поперечную и продольную щели, находятся в фазовой квадратуре, что обеспечивает одно из условий получения поля круговой поляризации. Подбирая координату центра кв, можно реализовать другое условие — равенство амплитуд возбуждения перпендикулярных щелей. Располагая крестообразную щель вправо или влево относительно оси волновода (или же меняя направление движения волны в волноводе), можно выбирать правое или левое вращение круговой поляризации.
Крестообразные щели могут выполняться также из двух наклонно смещенных щелей с общим центром, ориентированных под углом 6=45' и перпендикулярных между собой. Такие щели имеют лучшие электрические характеристики и обеспечивают лучшие конструктивные возможности. Для возбуждения щелей в волноводе иногда используют специальные реактивные элементы. Например, для возбуждения продольной полуволновой щели Ъ' (рис. 11.29), расположенной точно по средней линии широкой стенки, устанавливают рядом с ее центром емкостный штырь с регулируемой глубиной погружения. Поле волны Нщ наводит в штыре электрический ток, как в приемном Рнс.
11.30. Схемы замещения поперечной (о) н продольной (б) ще- ли в прямоугольном волноводе вибраторе. Этот ток продолжается и на широкой стенке волновода, растекаясь радиально вокруг штыря. Часть токов пересекает щель и возбуждает ее. Направление пересекающего тока меняется на противоположное, если переместить штырь на другую сторону щели, и это изменяет фазу возбуждения щели на 180'. Схемы замещения щелей. Излучающая щель нагружает волновод и влияет на его режим. Часть идущей по волноводу мощности кзлучается щелью, часть отражается к генератору (как от любой нерегулярности), и часть проходит дальше. При анализе реакции щели на волновод последний заменяют эквивалентной длинной линией, а каждой щели ставят в соответствие схему замещения в виде четырехполюсника с потерями, имитирующими излучение.
Это позволяет использовать в расчетах миогощелевых антенн аналитический аппарат теории цепей СВЧ. Наиболее простыми схемами замещения обладают резонансные поперечные и продольные щели в широкой стенке волнопровода. Поперечная и(ель в широкой стенке прерывает липни продольных токов, и поэтому ей соответствует схема замещения в виде сосредоточенного последовательного сопротивления г в эквивалентной линии (рис. !1.30,а). Нормированное сопротивление находят ме- тодами электродинамики исходя нз баланса мощности в волноводе со щелью и в его схеме замещения. В результате получается при- ближенная формула г = 0,523 ( — ") — сова ~ — ) з(пз ( — "а ), (11.35) где ха — расстояние от центра щели до края широкой стенки.
При коротком замыкании волновода поршнем возникает режим стоячей волны и пучности продольного электрического тока получаются на расстояниях от поршня, кратных Х,/2. Именно в этих пучностях и должны располагаться поперечные щели в коротко- замкнутом волноводе для нх наиболее интенсивного возбуждения. Продольная и(еяь прерывает линии поперечных электрических поверхностных токов. Зти токи как бы ответвляются от проводников эквивалентной двухпроводной линии в параллельно подсоединенные короткозамкнутые четвертьаолновые шлейфы. Поэтому для продольной резонансной щели схема замещения имеет вид шунтирукац~й нормированной проводимости д (рис.
11.30,б), определяемой -. р: ближенной формулой д = 2„09 — — ' сова ( — ) сова ~ — ь), где хь — расстояние от щели до края широкой стенки. В короткозамкнутом волноводе пучности распределения поперечных поверхностных токов получаются на расстояниях от поршня л„/4+тХ,/2, гоп=О, 1, 2, ..., н именно в этих сечениях должны располагаться продольные щели для их максимального возбуждения. Схемы замещения могут быть введены и для других типов щелей.
Значения входящих в них параметров определяют электродинамнческим расчетом и используют при проектировании конкретных антенных решеток. Резонансные волноводно-щелевые антенные решетки строят на основе закороченного на конце волновода, причем расстояние между соседними щелями выбирают точно равным )„ для щелей, синфазно-связанных с полем волновода (рис. 11.31„ а), или точно равным л,/2 для случая переменно-фазно-связанных щелей (рис. 11.31,6), В обоих случаях резонансные решетки имеют синфазное возбуждение всех щелей (с учетом дополнительного фазового сдвига соседних продольных щелей на 180' за счет их расположения по разные стороны от середины широкой стенки) и, следовательно, направление максимального излучения совпадает с нормалью к оси волновода.
Если щели имеют одинаковые значения параметров г или д, то амплитудное распределение возбуждения равномерно (в пренебрежении взаимным влиянием щелей по внешнему пространству) н ДН в продольной плоскости, проходящей через ось волнонода, определяется формулой (! 1.26) с включением дополнительного сомножителя в виде ДН одиночной щели в плоском эк- ране.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
