Шостак А.С. Антенны и устройства СВЧ. Часть 2. Антенны (2012) (1095849), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Обычно этот параметр определяют длясамого большого по величине бокового лепестка и выражают в процентах илидецибелах. Антенны современных радиолокационных станций имеют боковыелепестки на уровне -30 дБ и ниже.Для оценки всего бокового излучения антенны вводят другой параметр средний уровень боковых лепестков1CP  F  ,  cos  d  d ,4   ГЛ 4 ГЛгде  ГЛ - телесный угол, занимаемый основным лепестком по нулевому уровню излучения.Более наглядной характеристикой бокового излучения является коэффициент рассеяния2 F  ,  cos d dR0 4  ГЛ2 F  ,  cos d d4,26показывающий ту часть мощности, которая излучается боковыми и заднимилепестками.

Соответственно величина 1  R0  есть относительная доля мощности излучения, сосредоточенная в главном лепестке ДН, т.е. это эффективность главного луча.В специально выполненных антеннах R0  0,15...0,1 и даже меньше, в товремя как в обычных антеннах эта величина имеет порядок 0,3...0,4.Между уровнем бокового излучения и достижимым значением КНД существует связь.Действительно, представив интеграл в знаменателе выражения для КНД (1.40)в виде суммы (с учетом обозначения d   cos d d )A   F  ,  d   24 ГЛF 2  ,  d  F 2  ,  d   AГЛ  АБОК ,4  ГЛвидим, что первое слагаемое пропорционально доле мощности излученияглавного лепестка ДН, второе АБОК - доле мощности излучения через боковыеи задние лепестки ДН. Таким образом, выражение (1.40) для КНД может бытьзаписано в виде4 АГЛ 4 А  АБОК( 1.42)D0  DГЛ 1  R0  ,AГЛ АAГЛАгде первый сомножитель представляет собой так называемый КНД антенны44по главному лепестку ДН; DГЛ .

Фактически это КНД2АГЛF,d   ГЛгипотетической антенны с единственным главным лепестком ДН при полномотсутствии бокового и заднего излучения.Таким образом, как следует из (1.42), для реализации высоких КНДнеобходим узкий луч и низкое значение коэффициента рассеяния (малыйуровень бокового излучения).Коэффициент обратного излучения характеризует отношение полей(или векторов Пойнтинга), создаваемых антенной в направлении обратногоизлучения и главного максимума ДН. Этот коэффициент измеряется в относительных единицах и децибелах. Так, в случае полуволнового вибратора коэффициент обратного излучения равен единице.Сопротивление излучения, коэффициент полезного действия ивходной импеданс антенны1.4Введем ряд параметров, представляющих практический интерес привозбуждении (питании) антенн и их анализе.Осуществляя интегрирование вектора Пойнтинга по поверхности сферыв дальней зоне можно вычислить мощность излучения P (метод вектораПойнтинга [2]).

В теории антенн принято выражать излучаемую мощность че-27рез ток в выбранной точке антенны I 0 x и некоторый коэффициент - сопротивление излучения R . Тогда с учетом представления поля антенны в виде (1.15)можно записатьW hД2 21 2E2 2( 1.43)P  I 0 x R  r d I 0 x  F 2  ,  d .222W844Так как определенный интеграл в (1.43) согласно (1.40) равен 4π/D0 , гдеD0 - КНД антенны в направлении максимального излучения, для сопротивления излучения, отнесенного к некоторой выбранной точке антенны,получаемR  W  D0   hД   .2( 1.44)В (1.44) hД   D0 R W   ) - действующая длина антенны, устанавливающая формально связь между КНД и сопротивлением излучения при известных длине волны и параметрах среды, окружающей антенну.

В случае диполя Герца действующая длина совпадает с длиной диполя.Для учета неизбежных потерь части подводимой к антенне мощности нанагрев неидеальных проводников и изоляторов вводится коэффициент полезного действия (КПД) антенны:( 1.45)  P PBX  P  P  PПОТ   R  R  RПОТ  ,где РВХ - полная входная мощность; P -мощность излучения; PПОТ - мощностьомических потерь в антенне и согласующем устройстве.Этот параметр ( ), входящий сомножителем в выражение коэффициентаусиления G  D , определяет энергетические показатели антенны.Входящая в (1.46) мощность РВХ связана с режимом работы линии передачи, нагрузкой которой является антенна.

Примем в качестве входа антенныфиксированное сечение линии, расположенное перед согласующим устройством в области одномодового режима работы. Нормированные напряженияпадающей (UП) и отраженной (U0) волн в линии связаны с полными нормированными напряжениями U и токами I соотношениямиU  U П  U0  U П 1  Г  , I  U П  U0  U П 1  Г  ,где Г = U0/UП - коэффициент отражения на входе.Отношение полных нормированных напряжения и тока в сечении входаопределяет нормированное (т.е.

отнесенное к волновому сопротивлениюлинии) входное сопротивление антенны:U1 Гz   r  jx I1 Гили нормированную входную проводимость антенны:11 Гy   g  jb .z1 ГВходная мощность при этом может быть представлена в виде28PBX  Re UI    I r  U g  U П2221  Г .2Входящий в последнюю формулу сомножитель (1 - |Г|2) показываетуменьшение входной мощности антенны из-за рассогласования ее входа. В некоторых случаях его включают в эквивалентный коэффициент усиления:GЭКВ  G 1  Г2  D 1  Г ,2учитывающий наряду с омическими потерями в антенне потери мощности наотражение от ее входа.1.5Рабочая полоса частот и предельная мощность антенныРассмотренные выше параметры антенн соответствуют случаю работыпри монохроматических колебаниях, т.е.

на одной частоте. В реальных радиосистемах используются сигналы с конечным (узким) спектром и широкополосные. Кроме того, возможна смена несущих частот колебаний. Поэтомуважными параметрами антенн являются: рабочая полоса частот, в пределахкоторой параметры не выходят за допустимые пределы и рабочий диапазончастот. Требуемая рабочая полоса частот характеризуется спектром передаваемого антенной сигнала, т.е.

условием одновременного излучения (или приема) заданного спектра частот, а рабочий диапазон частот - условием работыантенны последовательно во времени на различных участках этого диапазона,т.е. допускает в принципе при изменении рабочей частоты радиосистемы синхронное изменение некоторых параметров антенны.Границы рабочей полосы частот определяются чаще всего наиболее зависящим от частоты параметром. В одних случаях полоса частот ограничивается ухудшением согласования входа, т.е. снижением КБВ ниже допустимогозначения, в других - изменением положения максимума ДН, расширением луча и падением КНД и др. Возможны случаи, когда нижнее и верхнее значенияполосы частот ограничиваются разными факторами.К узкополосным относят антенны с рабочей полосой  2f f   0,1 f , кширокополосным:  2f f    0,1...0,5 f .

Диапазонные антенны могут занимать в целом полосу частот до нескольких октав. Если отношение верхней инижней границ рабочей полосы достигает 5:1 и более, то антенны считают частотно-независимыми или сверхширокополосными.К важным параметрам передающих антенн относится предельная рабочая мощность. Эта мощность зависит от электрической прочности как диэлектриков антенны, так и окружающей антенну среды. Кроме того, прибольших уровнях подводимой ко входу антенны мощности возможен тепловойпробой из-за перегрева диэлектриков и проводников проходящей высокочастотной мощностью.

Все эти моменты должны учитываться при расчете иконструировании антенн.292 СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР2.1Постановка и строгое решение задачи о распределении тока навибраторе.Простейшей и наиболее распространенной антенной является симметричный вибратор. В наиболее простом варианте он представляет собой прямолинейный проводник длиной 2l радиуса а, питаемый в середине от генераторатоками высокой частоты (рис. 2.1).Рисунок 2.1 – Симметричный вибраторЕсли радиус проводников вибратора а <<l, а << λ , то такой вибраторназывается тонким.Математически строго задача об излучении симметричного вибраторасводится к решению уравнений Максвелла, удовлетворяющих граничнымусловиям на поверхности вибратора при заданных сторонних токах и условиюизлучения (поле на большом расстояние от вибратора должно представлятьсобой уходящую сферическую волну).

Если вибратор является идеально проводящим, то граничные условия на его поверхности сводятся к равенству нулю касательной составляющей напряженности электрического поля Еτ = 0всюду, исключая точки приложения сторонней ЭДС. На участке действия генератора высокой частоты, т.е. в точках приложения сторонней ЭДС, нулюравна сумма касательных составляющих сторонней ЭДС и напряженностиэлектрического поля.Существует два метода строгого решения внутренней задачи, т.е.определения закона распределения излучающих токов на поверхности вибратора: метод интегро - дифференциалъного уравнения и метод собственныхфункций.

Остановимся кратко на первом методе.Решив внутреннюю задачу, можно переходить к внешней задаче определению ДН вибратора и других параметров.Будем рассматривать симметричный вибратор (рис. 2.2), плечи котороговыполнены из очень тонкого полого цилиндрического проводника (ka << 1) сбесконечно тонкими стенками. Между плечами вибратора включен источникЭДС, создающий в кольцевом зазоре шириной b напряженность стороннегоэлектрического поля Ex СТ (рис.

Характеристики

Список файлов книги