Шостак А.С. Антенны и устройства СВЧ. Часть 2. Антенны (2012) (1095849), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

рис. 55.14,а) ниже верхней емкостной нагрузки(кривая 2). Видим, что АЭ эффективно трансформирует сопротивление вибратора (активное сопротивление растет), снижает резонансную частоту и уменьшает частотную зависимость.Дальнейшее улучшение характеристик антенны можно получить привключении транзистора по схеме с общим эмиттером (рис. 5.15,б), так какусиление по мощности в ней выше, чем в схеме с общим коллектором (цепьпитания транзистора на рисунке не показана).Рисунок 5.15 - К исследованию характеристик активной антенны:а) – изменение входного сопротивления излучателя с верхней емкостной нагрузкой; б) и в) – вариант включения транзистора в антенну и упрощенная эквивалентная схема такой антенныУпрощенная эквивалентная схема, соответствующая изображенной нарис.

5.15, б, приведена на рис. 5.15,в, где С - нагрузочная емкость антенны;Z1  R 1  jL1 - полное сопротивление вертикальной части антенны междуэмиттером и экраном; L1 - индуктивность; R 1 - сопротивление излучения вер-109тикальной части антенны между эмиттером и экраном; аналогичноZ2  R 2  jL2 - полное сопротивление части антенны от коллектора до выходных клемм антенны; W - волновое сопротивление фидера; U0 - ЭДС, наведенная в антенне полем падающей волны и условно помещенная в левой ветви.Вводя крутизну характеристики транзистора S = Ic/Ube и коэффициентусиления по току h21e  Ic Ib , получим выражение для тока коллектора:h21eU 0Ic .h21 e1 j  h21 e  L1   h21 e  1 R 1 jCSРезонансная частота активного вибратора может быть определена изусловия1  jC   j  h21 e  1 L1  0,Откудаc 1L1C  h21 e  10h1 e  1,т.е.

резонансная частота активного вибратора вh21 e  1 раз меньше резонанс-ной частоты 0 пассивного вибратора с верхней емкостной нагрузкой. Из выражения для тока Iс также следует, что активное сопротивление излучения привключении активного прибора возрастает в (h21 e  1) раз.В настоящее время наиболее разработаны слабонаправленные АУ двухтипов: нерезонансные (широкополосные) для диапазона частот ниже 30-70МГц и резонансные (полоcнопропускающие) для диапазона частот 50-1000МГц и выше.При введении первого усилительного каскада непосредственно в антенну затрудняется селекция сигналов по частоте. При нелинейных характеристиках АЭ, используемых в АУ, это увеличивает опасность нелинейных искажений.

Чтобы ослабить нелинейные искажения, в АУ используют активные приборы с линейными характеристиками в пределах большего динамическогодиапазона и излучатели малых размеров. Меньшая полоса пропускания коротких антенн, а также трансформирующие свойства АЭ позволяют повысить селективность устройства. Слабонаправленные передающие активные антенныменее исследованы, чем приемные, особенно, чем антенны-усилители.

Серьезным препятствием для построения и использования активных передающихслабонаправленных антенн является проблема уменьшения излучения на гармониках.1105.7Сверхширокополосные антенныТермин «сверхширокополосные антенны» означает, что свойстваантенны, и в первую очередь ее входное сопротивление, ДН и КНД, изменяются в заданных пределах в очень широкой полосе частот, не меньшейнескольких октав.Построение сверхширокополосных слабонаправленных антенносновано на принципе электродинамического подобия, согласно которому, если одновременно с изменением длины волны во столько же разизменятся все размеры антенны ипотерями в ней можно пренебречь,то ДН и входное сопротивление антенны останутся неизменными.

В такой антенне на данной длине волныизлучает только ее часть. При изменении λ рабочая (излучающая) частьбез изменения своих относительныхразмеров перемещается по антенне.Построение антенн, используРисунок 5.16 – Плоская логарифющее электродинамическое подобие,мическая спиральная антеннаосновывается на двух принципах:принципе углов (принцип Рамсея) и логарифмической периодичности антенны.

Дополнительное постоянство входного сопротивление антенны обеспечивается при использовании принципа взаимодополнительных структур.Наиболее наглядной сверхширокополосной антенной, использующейпринцип углов, является логарифмическая спиральная антенна.На рис. 5.16 изображена схема двухзаходной логарифмической спиральной антенны. Уравнение логарифмической спирали можно записать как( 5.7)     exp   0  ,где α - коэффициент, определяющий крутизну спирали;( 5.8)0  ln   r0   .Из (5.7), (5.8) видно, что изменение  А приводит к повороту всей спирали наугол 0 .В спиральных антеннах наиболее интенсивно излучает тот виток, периметр которого близок к λ.

Следовательно, в логарифмической антенне при изменении λ излучающая часть перемещается по антенне. Диапазонность антенны определяется соотношением максимального и минимального радиусов витков. Логарифмические спиральные антенны обеспечивают двадцатикратное идаже большее перекрытие по частоте.111Так как относительный размер излучающей части антенны постоянен,ДН при изменении λ практически не изменяется. Ее ширина для таких антеннсоставляет 40-50°.Плоская спиральная антенна излучает в обе стороны от плоскости антенны. Чтобы создать однонаправленное излучение, с одной стороны антенныустанавливают экран, часто в виде резонатора. При этом фазирование отраженного от экрана поля и основного поля излучения уже происходит только надискретных частотах, т. е.

теряется главное свойство антенны - ее широкополосность. Чтобы избежать потерь широкополосности, необходимо поглотитьмощность, излучаемую в резонатор. В направлении нормали к антенне излученное поле имеет почти круговую поляризацию.Рабочая часть антенны излучает почти всю подводимую мощность. Витки, расположенные за рабочей частью,практически не излучают, и конечные размеры антенны мало влияют на ее ДН.В логарифмической спиральнойантенне всегда соблюдается еще одноусловие: форма ее металлической частисовпадает с формой щелевой (дополнительной) части.

Тем самым используетсяеще и принцип взаимодополнительныхструктур. По принципу двойственностивходное сопротивление щели выражаетсячерез входное сопротивление металлического вибратора тех же размеров:Рисунок 5.17 – Пример вы2Z BX Щ   60  Z BX B ,откудаполнения четырехзаходной2логарифмическойZ BX Щ Z BX B   60  . При равенстве геоспиральной антенныметрических размеров металлической ищелевой частей антенны выполняется условие Z BX Щ  Z BX B  60 . Входноесопротивление антенны оказывается равным 188,5 Ом и не зависит от частоты.На рис. 5.17 изображена четырехзаходная логарифмическая спиральнаяантенна, выполненная из фоль-гированного стеклотекстолита. На рисунке хорошо видно, что ширина металлической ленты и ширина прилегающей к нейщели одинаковы.Увеличение числа заходов спирали свыше двух позволяет путем соответствующего возбуждения каждой ветви изменять ДН.

Например, от четырехзаходной спиральной антенны можно получать и излучение по нормали кантенне, и воронкообразную ДН.Аналогичными широкополосными свойствами обладает коническая спиральная антенна, если ее металлические плечи (ленты) на поверхности конусаобразуют логарифмическую спираль. Излучение антенны однонаправленное смаксимумом ДН по оси конуса в сторону его вершины.112К сверхширокополосным относятся и логопериодические антенны, свойства которых периодически повторяются с изменением частоты.

Такая антеннаизображена на рис. 5.18.Она представляет собой две металлические плоскости зубчатой формы.Все радиусы зубцов образуют геометрическую прогрессию со знаменателем  Rn1 Rn .Каждый зубец плоскости можно рассматривать как вибратор, резонансная длина которого близка к λ/4. При постоянных углах  и  длины зубцоввозрастают так же, как и радиусы. Следовательно, если антенна обладаетопределенными свойствами на частоте f0, то этими же свойствами она будетобладать и на всех частотах, определяемых соотношениемfn   n f0 .( 5.9)Поскольку ln f n  n ln   ln f 0 , все свойства антенны периодически повторяются с частотой по закону In ln f .

Свойства антенны изменяются какнатуральный логарифм частоты, что и определило их название. Периодом изменения является величина ln .Строго говоря, свойстваантенны повторяются толькона дискретных частотах, определяемых формулой (5.9). Дляпостоянства свойств антенны впределах одного периода нужно принять специальные меры,например обеспечить широкополосность одного зубца.Ширина зубцов и ширина впадин выбраны одинаковыми. Следовательно, и здесьиспользуется принцип взаимодополнительных структур. Вантенне также происходит авРисунок 5.18 – Логопериодическаятоматическая отсечка тока.антеннаДиаграмма направленности таких антенн представляет собой два широких лепестка, ориентированных перпендикулярно плоскости антенны.

У антенны, изображенной на рис. 5.18, обаполотна расположены в одной плоскости ху, что вообще не обязательно. Ихможно расположить под некоторым углом  , повернув одно из них вокругоси х. Такая антенна станет однонаправленной с максимумом ДН по биссектрисе угла  в сторону соединения обоих полотен, где и подключается питающая антенну линия.113При   0 антенна превращается в систему симметричных вибраторов смонотонно изменяющейся длиной (рис.

Характеристики

Список файлов книги