Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 49
Текст из файла (страница 49)
216 К недостаткам печатных антенн относится их относительная узкополосность: 2гу'г'э с5Ш, Увеличение пслссы пропускания можно получить за счет уменьшения дизлекгрической проницаемости подложки и увеличения высоты пластинки над экра'ном. Использоаание этих средств позволяет расширить полосу частот одиночных излу. чателей до 15уе. Печатные антенны используются в диапазоне частот от 300 МГц до 20 ГГц. Уровень мощности, излучаемой печатной антенной, не превышает 100 Вт. 14.7, Активные слабоцанравлеиные антенны Новые возможности влияния на характеристики антенн дает непосредственное со!етанне пассивных антенн с такими электронными и твердотельными (актияными) приборами, как электровакуумные лампы, транзисторы, туннельные диодш. Перечисленные антенные устройства называют активными алтеняаии.
Токи (напряженна) в этих антеннах определяются и свойствами активного элемента (усилителя, аатогенератора). На рис. 14.15,а схематично показаны возможные структуры активных одиночных юлучателей с включенными (встроенными) активными элементами (АЭ) на диодах .цпи транзисторах. При этом АЭ включены я излучатели соответственно по схемам двук-, трех- и четырехполюсников. Активные антенны е общем случае — нелинейные и левзаимные ус~нройства. Вюпочение актианого элеиента в излучатели позволяет уменьшать размеры антенн, расширять полосу пропускания антенн, имеющих малую электрическую длину, улучшать чувствительность приемных или КПД передающих систем, обеспечивать электрическое управление распределением тока на излучателе.
Актианые слабонапрааленные антенны могут быть как приемными и передаю- шими, так и приемопередающими. Активные приемные антенны подразделяются на антенны-усилители (АУ), антенны-детекторы, антенны-преобразователи. Активные передающие антенны делятся на антенны-генераторы и антенны- усилители мощности (АУМ). Активная часть схемы передающих антенн может вклю.чать каскады умножения частоты сигнала На рис. !4.15,б показана схема аибраторной АУ на транзисторе (элементы развязки в цепи питания на рисунке опущены). Транзисторный усилитель работает при фиксированном смешении, сбеспечиаал максимальное усиление или минимальную шумоную температуру.
Изменением положения точки В подключения входной цепи усилителя к полуволноеому аибратору и емкости конденсатора С излучатель согласуют с нходной цепью транзисторного усилителя. В таких антеннах при коэффициенте усиления порядка 12 дБ (метровый диапазон волн) отношение сигнал(шум выше, чем у пассивного вибратора с кабелем и обычными согласующими устройствами. Возможная схема построения излучателя малъи размеров с туннельным диодом е его веРхней части, аыполненная по первому варианту (рис. !4.15,а), показана на рис. 14.15,е. В веРХНЮЮ часть излучат ля парвшельно диоду по ВЧ Включен короткозамк утый зтшейф. Полбирая проводимость диода и длину шлейфа, можно повысить активное яходное сопротивление коротких излучателей, получить усиление в полосе частот, изменить распределение тока по излучателю.
Во всех схемах с туннельными диолачи серьезную проблему представляет предотвращение их самолсзбуждения, для чего в данной схеме использован стабилизирующий дяухполюсник, имеющий весьма малую собстаенную индуктивность. 212 Рнс. 14.15. Активные слабоналравленные антенны: а — вьрмамзм включены ькпммьгг зьемевтов в мззучзгеьи; б- вкбрьторизь мпемвь-усилмтюь из транзисторе; ь - месмммьтрмчкмн ьмбрмор сс ьсгроевнмм ькпмвмм элементом На рис.
14.16,4 показано изменение в диапюоне частоту'нормированных значений входного сопротивления Х!й',Я!)У пассивного несиымстричного излучателя с верхней емкостной нагрузкой (кривая 1) и того же излучателя с транзисторным АЭ (схема с обшям коллектором), включенным в излучатель по схеме трехполюсника (см. рис.
14.15,а) ипате 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 при включении транзистора по схеме с общим эмитгером (рис. 14.!б,о), так как усиление по мошности в ней выше, чем в схеме с общим коллектором (цепь питания транзистора на рисунк~ не показана). Упрошеииая эквивалентная схема, ссошетствуюшая изображенной на рис.
14.16,6, пРиведена на Рис. 14йб,в, где С вЂ” нагРУзочиаа емкость антенны; Яг = Я, -ь Уп(э — полное сопротивление вертикальной части антенны между эмнпером и экраном; (з — нилу«тив ность; Яп — сопРотввлеиие излУчениЯ веРтикальной части антенны межДУ эмитгеРом н экРаном,' аналогично йз = Ятз «- УмЦ вЂ” полное сопРотивление части антенны от коллекто Ра до выходных клемм антенны; О' — волновое сопРотивление фидеРа; (гь — ЭДС, наес денная в антенне полем падаюшей волны н условно помешенная в левой ветви. 212 Рис.
14.16. К исследованию характеристик активной аитенны: а- ызыеыснне входного ссеретнезеевя юяучатеая с асрхкча еыкостыса ыирузкеа, б н ч — вариант екисчеыня триовсгсра в аыпнну ы улрошеныея экьнеаячвтнтя схеыа татов ачюыны Вводя крутизну характеристики транзистора Я = ),/Р и и коэффициент усиления (Уо токУ дты = 1,/)ь, полУчим выРажение дла тона коллектоРа; й,„и, — чвл(»„, 4-1) Г, ч(й,ы ь)) йп-ту ж )аС Резонансная частота активного вибратора может быть определена иэ условия ! — +)ий(дыь1)Е, =О, ив,С откуда 1 ю Д,ф~Д вЂ” „,1 Д-'„-,1 та.
РЕЗОНаНСНаЯ ЧаетОта аитИВНОГО ВнбРатОРа В ч)н,ы Ч1 Раэ МЕНЫПЕ РЕЗОНаНСНОЙ ЧаС- четы юе пассивного вибРатоРа с веРхней емкостной нагРУзкой. Из выРажениа лла тока у, также следует, что активное сопротивление излучения при включении активного пйибоРа возРастает в тй н 4.1) Раз. В настоящее время наиболее разработаны слабонаправленные АУ двух типов, 'не- Резонансные (широкополосные) для диапазона частот ниже 30-70 МГц и резонансные ~(цолоснопропускающие) для диапазона частот 50-1000 МГц и выше. При введении первого усилительного каскааа непосредственно в антенну затрудДяется селекция сигналов по частоте. При нелинейных характернстинах АЭ, исполь- 21Э зуемых в АУ, это увеличивает опасность нелинейных искажений.
Чтобы ослабить нели. нейные искажения, в АУ используют активные приборы с линейными характеристиками в пределах большего динамического диапазона и излучатели малых размеров. Меньшая полоса пропускания коропгих антенн, а также трансформируюпгне свойства АЭ позво. лают повысить селективность устройства. Слабонапрызленные передающие активные антенны менее исследованы, чем приемные, особенно, чем антенны-усилители, Серьезным препятствием для построения и использования активных передающих слабонапрае. ленных антенн является проблема уменьшения излучения на гармониках. 14.8. Сверхширожополосиые антенны Термин «сверхщирокополссные антенны» означает, что свойства антенны, н е первую очередь ее входное сопротивление, ДН и КНД, изменяются в заданных пределах е очень.
широкой полосе частот, не меньшей нескольких октав. Построение сверхщирокополосных слабонаправленных антенн основано на принципе электродинамического подобия, согласно которому, если одновременно с изменением длины волны во столько же раз изменятся все размеры антенны и потерями в вей можно пренебречь, то ДН и входное сопротивление антенны останутся неизменными В такой антенне на данной ллине волны излучает только ее часть. При изменении Л рабочая (излучающая) часть без изменения своих относительных размеров перемешается по антенне. Построение антенн, использующее электродинамнческое подобие, основывается на лвух принципах: принципе углов (прищип Рамсея) н логарифмической периодичности антенны. Дополнительное постоянство входного сопротивление антевны обеспечиваетсл при использовании принципа взаимодололннтельных структур.
Наиболее наглядной сверхщирокополосной антенной, использующей принцип углов, является логарифмическая спиральная антенна. На рис. 14.17 изображена схема двухзаходной Ез 1 ЛОГарИфМИЧеской СпИраЛьнОй аНтЕННЫ Уравнение логарифмической спирали можно записать как / р'= р!Л =ехра(Р— ре), (14.12) где а — коэффициент, опредыяющий крутану спн. !гали; Згр =)л(Л)ге)!а (14.!1) Из (!4.12), !14.13) видно, что изменение Л Рнс. 14.17.
Плоскаа логаРнфмическаа пРивоДит к повоРотУ асей спиРали на Угол Рз . спиральная антенна В спиральных антеннах наиболее интенсивно излучает тот виток, периметр которого близок к Л. Следовательно, в логарифмической антенне при изменении Д излучающая часть перемещается по антенне. Диапионность антенны определяется соотношением максимального и минимального радиусов витков Погарифмические спиральные антенны обеспечивают двадцатикратное и даже большее перекрытие по частоте. Так как относительный размер излучающей части антенны постоянен, ДН при изменении Л практически не изменяется. Ее ширина длл таких антенн составляет 40-50' 220 цокая спиральная антенна излучает в обе стороны от плоскости антенны.
Чтобы созь однонаправленное излучение, с одной стороны антенны устанааливмот экРан, часв виде резонатора. При этом фазирование отраженного от экрана поля и основного излучения уже происходит только на дискретных частотах, т е теряется главное в(вэйстао антенны — ее широкополосность Чтобы избежать потерь широкополосности, еобходимо поглотить мощность, излучаемую в резонатор В направлении нормали к нне нзлучснное поле имеет почти круговую поляризацию. Рабочая часть антенны излучает почти всю подводимую мощность.
Витки, расповргженные за рабочей частью, практически не излучают, и конечные разиеры антенны бцшо влияют на ее ДН. В логарифмической спиральной антенне всегда соблюдается еще одно условие: форды ее металлической части совпадает с формой щелеаой (дополнительной) части. Тем саййгш используеюя езце и принцип взанмолополнительных струюур.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
