sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Наибольшую интенсивность имеет излучение тонов в районе окружности с радиусом Х/(2п), причем после прохождения витков с таким радиусом тони в проводниках спиральной линии резко уменьшаются. Последующие витки спирали, для которых условие синфазности выполняется при я=2, 3, ..., практически оказываются невозбужденными и не влияют на работу антенны. Таким образом, активная область плоской архнмедовской спиральной антенны в режиме противофазного возбуждения условно может быть заменена одним витком радиуса Х/(2п) с распределением эквивалентного электрического тока по закону бегущей волны (одноволновая рамка): ~;,„з ® = )'зе-тт. Периметр этого эквивалентного витка равен длине волны, Так как приведенные рассуждения справедливы для любой длины волны, то противофазная спиральная антенна является частотно-независимой как по входному сопротивлению, так н по ДН, если только рабочая частота превышает некоторое граничное значение, зависящее от наружного диаметра антенны.
Синфазиое воэбунщение. Рассматривая аналогично фазовые соотношения токов в проводниках спирали при синфазном возбуждении, можно легко установить, что тони в соседних витках синфазпы на окружностях с радиусами р, удовлетворяющими условию 2пр„,=2тХ, гп=1, 2, .... Из-за интенсивного излучения тонов в районе окружности с радиусом Х/и происходит автоматическая отсечка токов и витки с радиусами р>Х/и оказываются невозбужденными. Таким образом, активная область плоской архимедовской спиральной антенны в режиме сннфазного возбуждения условно может быть заменена одним витком радиуса Х/и с распределением эквивалентного электрического тока по закону бегущей волны (двухволновая рамка): / э(И=/ е ~эт (10.2) Границы рабочего диапазона антенны определяются из условия Р„ф(Х/п()7„ч где Й,„— внешний радиус антенны; ))„р — радиус металлического противовеса в возбуждающем устройстве.
Характеристики направленности архнмедовских спиральных антенн. При расчете ДН удобно расположить архимедовскую спиральную антенну в экваториальной плоскости сферической системы координат (начало координат совпадает с центром спирали). Тогда, предполагая, что излучение антенны обусловлено распределением сторонних токов (10.1) или (10.2), и основываясь на методике расчета полей, изложенной в $7.3, можно получить следующие формулы для расчета ДН: /,(В, р)=/(У„,(и з)п 6)+/„+,(и з!и В)) сов Ве ~"т, / (6, р)=(У„,(и з(п 6) —.У„+,(и гйп 6)] е-г"т, (10.3) где У,гм(х) — функции Бесселя, причем п=1 относится к противофазному возбуждению спирали, п=2 — к синфазному.
Формулы (10.3) позволяют также рассчитывать излучение круглых рамочных антенн с радиусом а=(Х/2п)п и распределением стороннего тока ),'— = ехр ( — )пч), п=1, 2, .... На рис. 10.25 показаны рассчитанные по формулам (10.3) ДН в мериднональной плоскости ~6=0. Ввиду симметрии антенны ДН построены лишь для одного квадранта. Полные пространственные ДН имеют вид тел вращения вокруг оси з антенны. Как следует из формул (10.3), составляющие ~, и /, всюду находятся в фаэовой квадратуре.
Поэтому полное поле излучения антенны имеет преимущественно эллиптическую поляризацию. Однако в плоскости спн- Рали состазлающаа 5е всегда обРащаетсЯ в нУль и полУчаетсЯ линейно поляризованное поле. Чисто круговая поляризация возникает в осевом направлении 6=0 (илн п) при противофааном возбужде- аа 55 ЛВ 1 )б ч75 Рнс. 1025. ДН архннедоасхнх сннральных антенн: о — ооотееоеззеое: б — сеефезеое зозбузехеее* й 10.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ Принцип автоматической отсечки излучающих токов воплощен также в антеннах с логарифмической периодичностью параметров в зависимости от частоты, для краткости называемых просто лого- периодическими антеннами. Одна из первых антенн такого типа показана на рис.
10.26. Плечами антенны являются своеобразные структуры из взаимно чередующихся вибраторов в форме выступов и впадин. Геометрия структур хараитеризуется безразмерным периодом т=5хзе/зс +ь коэффициентом формы а=ге/Р и углами а и р. Обычно используются структуры с параметром о=1' т. Плечи антенны в начале координат разделены зазором. Возбуждающий коаксиальный кабель припаивается оплеткой к одному плечу антенны на всем его протяжении, внутренний проводник кабеля присоединяется к началу другого плеча антенны. Экспериментально было установлено, что электрический ток в выступах структуры при удалении от центра возрастает, достигая максимума в месте расположения резонансных выступов примерно четвертьволновой длины.
Направления наиболее интенсивных то- нни спирали. При синфазном возбуждении излучение вдоль оси отсутствует. В архимедовскнх спиральных антеннах можно реализовать одностороннее излучение, если с нижней стороны спирали расположить экран или замкнутый короб. Однако это приводит к дополнительной частотной зависимости параметров антенны и снижает ее диапазонность. ков, определяющих излучение антенны, показаны стрелками на рис.
10.26. После прохождения резонансных выступов токи резко уменьшаются, т. е. происходит их отсечка. С уменьшением частоты излучаемых колебаний последовательно возникают резонансы выступов, более удаленных от центра. Отношение двух частот, на которых резонируют соседние выступы, составляет в точности величину т=ач/ыь Поэтому входное сопротивление и ДН антенны оказываются периодическими функциями логарифма частоты колеба- ний. При правильном подборе параметУ~д ров структуры изменение характеристик антенны в пределах одного периода оказывается небольшим.
ТочГ~ ное повторение этих изменений от периода к периоду обеспечивает удом влетворительное поведение характери- стик антенны в очень широком днапахл / ! э зоне частот. Границы рабочего диапа. зона в первом приближении определял'' 7з ются частотами резонанса крайних вы- ступов, наиболее близких к центру ан- 1 тенны и наиболее удаленных от него.
Легко может быть достигнут рабочий диапазон частот 10:1 и более . Среднее входное сопротивление пло. ской логопериодической антенны обычно превышает 100 Ом и зависит от значения углов а и р. При а=р=45' форма металлической части антенны совпадает с формой ее щелевой дополнительной части и в соответствии с формулой Х,Яэ= (60п)' входное сопротивление должно составлять около 188 Ом.
Измерения дают несколько меньшее значение, равное примерно 150 Ом. Уменьшение среднего входного сопротивления, желательное для облегчения согласования входа антенны с 75-ом коаксиальным кабелем, может быть достигнуто уменьшением угла р. ДН плоской логопериодической антенны состоит нз двух широких лепестков, ориентированных перпендикулярно плоскости плеч.
Излучение в плоскости антенны невелико для всех направлений. Вектор Е в направлении мансимального излучения поляризован параллельно осн к, а излучение с поляризацией, параллельной оси у, мало, Ширина лепестнов ДН зависит от безразмерного периода структуры т. При изменении т от 0,80 до 0,25 при углах а= в=45' происходит плавное уменьшение ширины лепестнов по половинной мощности от 73 до 38'. Г1ри совершенствовании логопериодических антенн были найдены значительно более простые формы плеч (на рис. 10.27, а — г показана только половина антенны).
Было также обнаружено, что разворот плеч антенны относительно оси к на угол ф(90' может обеспечить однонаправленное излучение в сторону вершины струк- туры (рис.~10.28, а). Направление максимума излучения совпадает с биссектрййой угла яр. В предельном случае яр=0 оба плеча антенны совмещаются и образуется плоская логопериодическая антенна (рис. 10.28, б). Тал х а' г\ а" Х) ' б) а1 а1 Ркс. 10.27. Формы логоперноднческнк структур кую антенну удобно трактовать как линейную решетку симыетричных вибраторов монотонно изменяющейся длины, возбуждаемых двухпроводной линией с перекрещивающимися проводниками. Линия возбуждается от генератора со стороны вибраторов меньшей Рнс.
10.28. Однонаправленные логоперноднческне внбраторные антенны: а — явястеяястяяяяяя: б — плоская длины. Конструктивное выполнение плоской антенны, не требующее специального снмметрирующего устройства, показано на рис. 10.29, а. Для объяснения действия вибраторной логопериодической антенны следует вначале выделить активную область с наибольшими излучающими токами. В нервом приближении зта область включает в себя вибратор резонансной длины (размер плеча около Л/4) и пару вибраторов, примыкающих к нему с двух сторон. Другие вибраторы из-за значительной расстройки возбуждаются слабее, и их влияние на излучаемое поле невелико. Условия возбуждения и взаимное влияние вибраторов активной области сочетаются таким образом, что более длинный вибратор ведет себя как рефлектор и ток в нем опережает по фйзе ток резонансного вибратора.
Напротив, ток в более коротком вибраторе отстает по фазе от тока резонансного вибратора, и короткий вибратор играет роль директора. Совместное излучение нескольких внбраторов активной области усиливается в направлении вершины антенны и компенсируетси в обратном направлении, т. е. в сторону расположения более длинных вибраторов. Форма измеренной ЛН в плоскостях Е и Н для одного из образцов плоской антенны показана на рис.!0.29, б. В плоскости Е ДН получается уже из-за направленных свойств одл „, Р-г ного вибратора в этой плоско- Щ т Х „", аи сти. л„,ай 1 ~Расее Рабочая полоса частот виб- раторной логопернодической Рлассооиьи антенны снизу ограничивается аьсаьс саь допустимымн габаритами са- мых больших внбраторов ДР С (1сааа=Хиьаа/4) и сверху — размерами самого малого вибратора (1,и, Э м/4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
