sazonov_d_m__antenny_i_ustroistva_svch_1 988 (561328), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Однако для сохранения удовлетворительного направленного действия на крайних частотах рабочего Рд' РР' диапазона следует позаботить- Р/ ся, чтобы вибратор, резонирую- щий на самой длинной волне, Рис.!0.29. Виораториая лосоиериолияе- имел после себя еще один-два сная антенна более длинных внбратора-реф- ' лектора,а вибратор,резонирующий на самой короткой волне, имел впереди себя, т. е. ближе к точкам возбуждения, два-три более коротких вибратора-директора. Практически удается в 10-кратном диапазоне длин волн с помощью вибраторных логопериодических антенн получать почти неизменные характеристики направленности при коэффициенте отРажения на входе )р~ =(0,20 — 0,25).
Участок. двухпроводной линии между точкой возбуждения и началом активной области антенны используется для канализации мощности. Короткие вибраторы, расположенные на этом участке, обладают большим реактивным сопротивлением и почти не нагружают линию, лишь несколько уменьшая ее эквивалентное волновое сопротивление. Мощность, проходящая по распределительной двухпроводной линии, интенсивно излучается активной областью, н поэтому участок линии от вершины антенны до начала активной об- ласти работает в режиме бегущей волны. Глава 11 ЛИНГР)НЫВ АВТВНН)й И РН()УТКИ й ыл. линенные излучАющие системы.
идеАльный линеиныЙ излучАтель Линейной излучающей системой называют систему из одинаковых источников электромагнитного поля„называемых элементами, распределенных непрерывно илн дискретно вдоль заданного направления в пространстве. Примерами таких систем являются прямолинейный провод с электрическим током, протяженная щель в плоском экране с напряжением, приложенным между ее краями, система одинаковых вибраторов, центры которых расположены на с прямой линии, н т. д.
Продольный Я размер линейной излучающей систе- аз Яа мы произволен, а поперечные разме- т в В ... в ры чаще всего малы нли соизмеримы с длшюй волны. Парцнальные ДН элементов системы предполага- вгвт ются одинаковыми, что эквивалент- а~ но постулнрованию одинакового эа- та 1 „в кона распределения излучающих Й токов внутри каждого элемента.
В в х целом линейная излучаю|цая систе- т/' та ма полностью определяется законом размещения центров излучателей вдоль оси и законом распределения Рнс. Ы Е К расчету ннпмнтаая комплексных амплитуд воабужде- напрааааннпстн ния по отдельным элементам, так называемым амплитудно-филовым распределением возбуждения. В соответствии со сформулированой в $9.6 теоремой перемножения ДН линейной излучающей системы можно представить в виде 1(О, ар) — -- Газ(0, ~рЦ (0), где Г,а (О, ~р) — векторная комплексная ДН элемента в собственной системе координат, определяющая поляризацию излучения; 5(0) — скалярный комплексный множитель направленности системы изотропных излучателей, располагаемых в точках размещения центров элементов вдоль оси системы.
Для дискретной системы излучателей, располагаемых в У заданных точках за на оси, т. е. для линейной антенной решетки (рис. 11.1,а), множитель направленности в соогветствии с формулой (9.22) может быть записан в виде м У',(0)= 2' У„ЕЛма~а, (11. 1) а=! где т =Рнехр()Ф„) — комплексная амплитуда возбуждения излу- чателя с номером и; з„соя й — разность хода лучей, идущих из начала общей системы координат и из точки расположения излучателя с номером и в точку наблюдения.
Непрерывную линейную излучающую систему — линейный излучатель — можно рассматривать как предельный случай линейной антенной решетки длиной 1. с числом элементов, стремящимся к бесконечности (рис. 11.1, б). Тогда суммирование в (11.1) заменяется интегрированием и множитель направленности линейного излучателя приобретает вид х/х у(з) ~ ! (з) ефряеаъе бз — Цх (11.2) где )(я) =1(з) ехр ЦФ(з)) — амплитудно-фазовое распределение по длине излучателя; з соя Π— разность хода лучей. Множители направленности дискретной и непрерывной излучающих систем не зависят ог азнмутальной координаты и обладают симметрией вращения вокруг осн к В физическом отношении эти множители описывают интерференцию сферических волн, возбуждаемых изотропными источниками.
При создании остронаправленных антенн обычно стремятся, чтобы в заданном направлении излучаемые поля элементов складывались синфазно или почти синфазно, а в других направлениях эти поля должны в возможно большей степени компенсировать друг друга. Если ДН одного элемента является достаточно широкой, то она не оказывает существенного влияния на форму общей ДН антенны в окрестности максимума излучения. Поэтому при анализе остронаправленных антенн основное внимание обычно уделяют множителю направленности.
Вводя новую переменную м= з соз О, называемую лространсгзенлой частотой, и формально расширяя пределы интегрирования до бесконечности (для этого достаточно доопределить функцию распределения возбуждения нулем вне интервала Е), выражение (11.2) можно привести к виду интегрального преобразования Фурье У(я)= ) У(з)е1" дз. (! 1.3) Таким образом, между множителем направленности и функцией возбуждения линейного излучателя существует такая же связь, как и между формой импульса напряжения в электрической цепи и его частотным спектром. Огмеченная аналогия является достаточно глубокой и допускает перенесение многих результатов спектральной теории сигналов в теорию антенн. Еще одним преимуществом представлении множителя направленности линейной антенны в виде (11.3) является возможность проведения расчетов на ЭВМ при сколь угодно сложных амплитудно фазовых распределениях возбуждения по стандартным программам быстрого преобри- эавания Фурье, дающим выигрыш в скорости вычислений в десятки н сотни раз по сравнению с программами обычного численного интегрирования.
)(деальный линейный излучатель. Так называют линейную излучающую систему с распределением возбуждения »(г)=»ае-»чв" при )г( <Е!2* (! 1.4) Рнс. 11зй Равномерное амплнтудное (а) н лннейное фазовое (б) распределенне возбужденна в ндеальном лннейном нзлучателе У(В)=ззп Ччр, (11.5) где Ч»=ОБОЕ(сов Π— $). Новая обобщенная угловая переменная Ч' имеет смысл половины разности фаз колебаний, приходящих в удапенную тачку наблюдения от крайних точек излучателя, с учетом сак пространственной разности хода рЕ соз О, так и полной разности )»аэ возбуждения крайних точек излучателя.
где»а — постоянная амплитуда; р=2п/Х вЂ” волновое число среды, окружающей излучатель; $=с/а — коэффициент замедления фаэавой скорости возбуждения а по отношению к скорости света с. Распределение амплитуды возбуждения в идеальном линейном нэлу- !1(л( чателе равномерно, а распределение фазы подчинено линейному закону„характерному для бегущей вдоль координаты г волны 0 Ю (рнс. 1!.2). При $=-б фаза ваз- а» буждсппн постоянна вдаль излу- „асФи» чателя, чта соответствует беско- а»"4» нечпай скорости распространения возбуждения. При ) $ ~ <1 фазовая скорость возбуждения пре- 1»Я е вышает скорость света в окружаюшем антенну пространстве. При ) $ ) = 1 фазовая скорость точно равна скорости света, и, наконец, при ) $) >! возбуждение идеального линейного излучателя осуществляется замедленной бегущей волной.
Положительным $ соответствует движение волны возбуждении в сторону положительных значений г, отрицательным — в обратную сторону. Идеальный линейный излучатель является своеобразным эталоном, относительно которого оцениваются свойства и параметры линейных излучателей с другимн распределениями возбуждения. Найдем множитель направленности идеального линейного излучателя. Подставляя (1!.4) в (11.2), производя интегрирование и отбрасывая несущесгвенный амплитудный множитель 1,Е, полу- чаем Множитель направленности (11.5) представляет собой вещественную функцию.
Поверхности равных фаз излученного поля в дальней зоне имеют внд сфер с центром в середине излучателя. Следовательно, независимо от значения коэффициента замедления фазовой скорости волны возбуждения фазовый центр линейного идеального излучателя находится в его середине. й 11ЗЬ АНАЛИЗ МНОЖИТЕЛЯ НАНРАВЛЕННОСТН ИДЕАЛЬНОГО ЛННЕННОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ Обратимся к рис. !!.3, в верхней части которого построен график модуля функции з!п Ч9Ч' в зависимости от обобщенной угловой переменной. Эта функция имеет один главный лепесток единичной величины прн Ч'=О н ряд боковых лепестков, располага- ш ллал ам Рис.
!1.3. К анализу множителя напраиленности ющихся симметрично по обе стороны главного лепестка. Формирование главного максимума проясходит в результате синфазного сложения парциальных колебаний, приходящих от отдельных элементов системы. В направлениях ЧтФО парцнальные колебания суммируются с неодинаковыми фазами, и это снижает их «равнодействующую» тем сильнее, чем больше 1Ч'1. Главный лепесток имеет ширину по нулям 2и, а ширина каждого бокового лепестка вдвое уже. Нули излучения располагаются в точках пп, а=~1; ~2; ..., а положения боковых максимумов примерно соответствуют серединам отрезков между соседними нулями.
Уровни боковых лепестков определяются простой формулой 1/(п(п+0,5)), где и — номер бокового лепестка. Уровень самого большого первого лепестка около 0,21, или — 13,2 дБ. Проследим, как осуществляется переход ог переменной Ч' к физическому углу наблюдения 8. Для этого в нижней части рис. 11.3 построена зависимость Ч'(8). Несложным построением можно по любому заданному углу наблюдения 8 найти соответствующее значение Ч'=0,5РЕ(созй — э) н далее, перейдя к верхнему графику ) з!и Ч'/Ч' ~, определить множитель направленности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
