Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 39
Текст из файла (страница 39)
ток в директоре должен от- (4 йтавать от тока антенны. Н случае антенны с рефлектором условием работы будет Ы = 2 г 4 н уг = я! 2, т.е. ток р рефлекторе лолжен опережать ток а антенне. На рис. 12.18,а,б показаны дН вибраторной йнюнны с «аюивным директором» (рефлектором) в двух главных плоскостях. Расчет антенны с пассивными направляющими элементами следует начать с определения тока в элементах, зависящего ат положения и настройки элементов.Метод (йщедеиных ЭДС позволяет найти токи в антенне. Пусть имеется лва пазуволновых аибратора, расположенных параллельно, к даниным клеммам которых полкпючены источники с ЗдС е, и е, (рис.
12.19,а) Рассматривая вибраторы как электрические цепи, можно записать е,=1,20 ез=(2з, где Х, и 2з — полные входные сопротивления вибраторов, найденные с учетом их вза- имного аяияшш. Рассмотрим случай, когда второй вибратор пассивный (е, =0) и клеммы его замкнуты иа некоторое сопротивление 2 „(рис. ! 2.19,б). Рнс. 12.19. К расчету мпснны с пассивным нмзрсалающам элементом Ток в этом элементе ие может быть равен нули нз-за взаимодействия вибраторов. Следовательно, е, = 0 = )з (2з е 2з„) откула 2з + 2ы = 0 илн 2зз.ьба„-ьба, — — О, где 2ы - наведенное сопротивление; 2п — собственное сопротивление внбратора.
Заменив наведенное сопротивление взаимным, получим -гн— 2ы йн е — 2зне = О, а (12.!9) где и — отношение амплитуд токов в вибраторах; уг, — сдвиг по фазе между токами. Учитывая снязь между токами первого и второго вибраторов 1 =1оте гм, (12.20) 174 и решая совместно уравнение (12.!9) и (12.20), находим ток ао в~ором вибраторе через ток а первом: 1 1 21 з= 2н е7з„ Входным сопротивлением аатенны в данном случае является входное сопротивление активного внбраторв 2 =д,=бп а2з е'". Подставив в последнее выражение значение отношения токов из предыдущего уравнения, получим 2з 2 2 ~з и 2з.
»2г. Действительная часть этого выражения определяет сопротивление излучения антенны. Зная связь между токами в вибраторах, рассчитаем диаграмму направленности антенны. Используя общую методику расчета поля сложной антенны, заменяем вибраторы эквивалентными точечнымн излучвтелкми (рис. !2 !9,е) и суммируем их поля в дальней зоне. Воспользоваться множителем решетки в Ладном случае нельзя, так как амплитуды токов в вибраторах различны, поэтоыу Е = Еы соя(аг — Лг) + Ею сгм(ех — Л(г — Й по В)» уь) .
Можно показать, что Е,1Еы =а, так как полл пропорпионапьны амплнтулам токов в вибраторах. Тогда амплитуда суммарного поля определяется нз решения векторного треугольника (рис. !2.!9г): Е„, = Ею К(Ф к )»2(б! !г) где А=601„1» в случае любой вибраторной антенны;,г (В,Р) — диаграмма направ- -ь- '.»!к )=7 '»'«---- иаличие второго (пассивного) вибратора; Р = ллмп О» к, — сдвиг по фазе между полями активного и пассивного вибраторов в точке наблюдения. Мы рассмотрслн простейший случай, когда перед активным вибратором находится один пассивный элемент.
Если перед вибратором находятся У вЂ” ! пассивных директоров, то, обобщая полученные результаты, запишем следующую систему уравнений для определения токов и элементах антенны; 2и1, »2и 1, -2п„1,ч..+2м„1„=е„ 2и1,- 2м„1, 2и,,уз+...+2ы„1„=9, Здесь сопротивления 2 и токи 1 — комплексные величины, и решение уравнений представляет значительные трудности. При проектировании антенны с пассивными зяемеитамн обычно рассматривжот Рял вариантов кволнового канала» с различнымн расстояниями между вибраторами и с Разной длиной вибратораа и выбирают наилучший вариант.
Расстояние о'иежду излучателями обычно выбирают в пределах Н-- (О, ! ... О,З)Л, т. е. не обязательна равным э14. Расчепзым путем можно пштучить только ориентировочные значения расстояния Ли длин вибраторов. Исследование антенны с пассивнымн элементами показывает, что Лля получения наилучшим результатов амплитуда и фиа тока в ник должны подстраи- 175 ваться. Это можно осуществить путем изменения сопротивления зз,. На коротких волнах в качестве такого подстроенного сопротивления применяют шлейф, который подключают к входным клеммам вибратора. На СВЧ подстройку пассивного вибратора производят изменением его длины в неболыпнх пределах.
Опыт показывает, что при одинаковых поперечных сечениях вибраторов пассивный рефлектор должек быть на несколько процентов длиннее активного вибратора, а пассивный дирекюр короче. На коротких волнах чаще всего используется работа пассивного элемента в качестве рефлектора. На УКВ и СВЧ широкое распространение получили антенны типа кволиовой каната (рнс.
! 2,20,а), состоящие из одного активного вибратора, одного рефлектора и нескольких директоров. Рис. 12.20, К расчету антенны типа квоянавой канала. а- упрощенная схема (! — акпнкна ькбрмор, 3 - рефяекюр, 3 -знрежорн), б- вспомогательные график ляя еярелеяеккя КНД Увеличение числа директоров сужает ДН и увеличивает ипюнснвность излучения в направлении главного максюгума. Применение рефлекторов свыше одного лишено смысла, так как поле за рефлектором значительно ослаблено и второй рефлектор малоэффективен. Иная картина с директорами, тах как каждый последующий директор попадает в интенсивное поле антенны и оказывает значительное влияние на диагРамму излучения. Коэффипиент направленного действия такой антенны может быть определен по формуле О = й,й (Л, где Х вЂ” полная длина антенны; й, — коэффнннент, зависящий от длины антенны и определяемый по графику рис.
12 20,0. 12ЛВ. Антенны бегущей волны ы ДН лыиейпой антенны В гл. 11 Рассмотренъг антенны, представляющие собой линейные вибрщоры, вдоль которых ток распрепелен по закову стоячей волны. Нарялу с указанными широко применяются линейные излучающие системы из одинаковых источников э чектромагннтн ого поля, расположенных непрерывно или дискретно влоль заданного направления в пространстве, ток (поле) По которым распределен по закону безумей всяки. Примерами таких систем являются прямолинейный провод с злеюрическим током, протяженная шеяь вдоль узкой стенки прямоугольного вааювода, свсгсма одинаковых излучателей, пешры которых расположены на прямой линии (аншнная решетка), а также антенны, выполненные на основе замедляющих систем, способных подлержквать поверхностные волны: диэлаащаческме стерюькем е, ожраяь яме, ииледояон не.
120 Возбуждение подобных антенн бегущей волны, реализующих асевос излучение ф н близкое к нему), осуществляется с одного конца, а режим бегущей волны обеспевется применением согласующнх нагрузок на противоположном конце нлн надле- м выбором параметров замедляющей системы Характерной особенностью антенн бегущей волны является малость размеров по. еречного сечения излучающей системы. Рабочая полоса частот таких антенн состав" ет обычно единицы процентов (значнтельно реже десятки процентов). Диаграмма направленности лилейного излучателя. В силу линейности уравнеэлектродинамики поле системы излучателей представляет собой сумму полей отфгьных элементов.
Если излучатели прн этом одинаковы, ДН линейной излучающей емы может бьжь записана в виде [2) 1(о.р) =-(,(о,р)/„(В), (12 21) 1, (В,р) — векторная комплексная ДН элемента излучмощей системы; / (0) — ска- комплексный множитель направленности (множитель решетки) системы нзотропизлучателей, располагаемых в точках размещения центров реальных излучателей. Для дискретной пикейной антенной решетхи множитель направленности л у„(9) = ~~~~ /„е' "' (!2 22) л 'ре /„=/э„е' ' — комплексная амгшнтудв возбуждения и-го излучателя; Д =2л/Я вЂ” фиовая свободного пространства; г, — координата излучателя и; 9 — угол, отсчиты!й ог осн антенны (рнс.
12, 21,а). В случае возбуждения юшейной решеткн с Ы(«,О,«1 ом излучателей Ф таками равной амплитуды ' линейно нарастающим вдоль решетки фазовым Г Гд(аввгом' /„=/„,е"1 Эаг = / е '!" ')т' суммирование ! 2 э В л л ж гласно формуле (12.22) приводит к слелуюше., О выражению нормированнОго множителя нанностн (множнтедя решетки); У а) э!п М(г,О.р) «'(В) = (12.23) у «/аш 2 Ю ! г е уг=й/(созВ-у) — сдвиг по фие между О ямн соседних излучателей в точке наблю- //2 бп р)ения; г/ — шаг решетки; у = — = — ' — замед- б) .
Нне фазавой скорости волны возбуждения. Рнс. 12.21. К расчету множитшя Непрерывную линейную нзаучающую направленности лнскретной(а) му — линейный излучатель можно рас- ннепрерывнев(о!линейной вэлучмошей системы 'рвэа огсчиг нюсю» аваль линии расположения излучателей от ем«ного (и = 1) к М-му юлучатыю. зуз (12.24) сматривать как прелельный случай линейной антенной решетки длиной Ь с числам элементов, стремяшимся к бесконечности (рнс.
12.21,6). Тогда суммирование в (12.22) необходимо заменить интегрированием: ыт ) (бз)= ) /(г)е' "' 4г. -г!г Здесь 1(г) = (сена ) — распределение тока в излучателе па амплитуде и фазе. Множители направленности (12.22), (12.24) дискретной и непрерывной излучаю- щих систем не зависят от азимутааьной координаты гг и обладают симметрией отно- сительно оси г. Пусть непрерывный линейный излучатель возбуждается током постоянной ам- плитуды (е с фазовым распределением, соответствующим бегущей волне с замедлени- ем фазовай скорости у = ф'ь: !(г)=)ее '™, !г!66(г .
(12.25) Подставляя (12.25) в (12.24) и проюводя интегрирование и нормировку, для нор- мированного множителя направленности получим д(у) = —, и ' (!2.26) 46 где () = — (сш9-у) — обобщенная координата, имеющая смысл половины разности 2 фаз колебаний в точке наблюдения от крайних точек нзлучатыш с учетом как прс странственной разности хода лучей 46созО, так и полной разности фаз возбуждения крайних точек излучателя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
