Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 50
Текст из файла (страница 50)
По принципу лвойстРениости входное сопротивление и!ели выражается через йдоднос сопротивление металлического вибратора тех же !)9амеРов: 2 и=(ббл)'!7 „ откУда 2,„ 2,„„=-(60л) . ПРи енстве геометрических размеров металлической и щеле- частей антенны выполняется условие = 2 , = 60я . Входное сопротивление антенны оказыввиюя равным !88,5 Ом и не зависит от частоты На рис !4.18 изображена четырехзахолная логарифмическая спиральная антенна, выполненная из фоль.
Рвроввнного стеклотекстолита. На рисунке хорошо вид- о, по ширина металлической зс ы и шиРина приле- 1, 14 18 П тающей к ней щели одинаковы. Увеличение числа заходов спирали свыше двух по- логарифмической спиральной вкопает путем соответствующего возбуждения каждой антенны ветви изменять ДН. Например, от четырехзаходной спиРальной антенны можно получать и излучение по зюрмалн к антенне, н воронкообразную Д) ! ! а Аналогичными широкополосными свойствами 'обладает коническая спиральная антенна, если ее металлические гьзечи (ленты) на повеРх- !! цости конуса образуют логарифмическую спиРань. Излучение антенны однонаправленное с Максимумом ДН по оси конуса в сторону его )( вершины.
К сверхширокополосным относятся и лого- ЦЕРИОднЧЕСКИЕ антЕННЫ, СВОйСтаа КатсрЫХ ПЕ- ~я+1 Риодическн повторяются с изменением частоты. Такая антенна изображена на рис. 14Л9. Она представляет собой две металлические плоскости зубчатой формы. Все радиусы зубцов образуют геометрическую прогрессию со знаменателем г = я„,ь(я„. Рнс. 14.19. Поюпернолическая антенна Каждый зубец плоскости можно рассматривать как вибратор, резонансная длина которого близка к А/4.
При постоянных углах а и Д длины зубцов возрастают так же, как и радиусы. Следовательно, если антенна обладает определенными свойствами на частоте ую то этими же свойствамн она будет обладать и на всех частотах, определяемых соотношением т'. = г'Уе. (!4.14) Поскольку 1л у'„= лаз г ь 1л Д, все свойства антенны периодически повторяются с частотой по закону )лу . Свойства антенны изменяются как натуральный логарифм частоты, что и определило их название.
Периодом изменения является величина !л г . . Строго говоря, свойства антенны повторяются только на дискретных частотах, определяемых формулой (14.14). Для постоянства свойств антенны в пределах одного периода нужно принять специальные меры, например обеспечить широкополосность одного зубца, Ширина зубцов и ширина впадин выбраны одинаковыми.
Следовательно, и здесь нспользуетса принцип взаимодополнительных структур. В антенне также происходит автоматическая отсечка тока. Диаграмма направленности таких антенн представляет собой два широких лепестка, ориентированных перпендикулярно плоскости антенны. У антенны,юображенной на рис.
14.!9, оба полотна расположены в одной плоскости зу, что вообше не обязательно. Их можно расположить под некоторым углом П, повернув одно из них вокруг оси х. Такая антенна станет однонаправленной с максимумом ДН по биссектрисе угла П в сторону соединения обоих полотен, где и подключается питающая антенну линия. При П=О антенна превращается в систему симметричных вибраторов с монотонно изменяющейся ддииой (рис. 1420). Рис. 14.20. Логопсряодлчесхш внбраторная антенна Работа такой антенна! похожа на работу антенны типа аволновой канал», хотя все вибраторы здесь активные. Пусть резонансный вибратор находится где-то посредине антенны, тогда более короткие аибратпры будут вести себя как директоры, а более длинные — как рефлекторы.
Лоюпериолические антенны могут иметь десятикратное перекрытие по частоте. Существует много рюличиых модификаций этих антенн. В диапазоне СВЧ их применяют как широкополосные облучатели зеркальных и лиюовых антенн, на декаметровых волнах — как самостоятельные антенны магистральных линий связи. Часть Ч АНТЕННЫ СВЧ Глава 1$ Основы теории антенн СВЧ 15.1. Классцйзижацци ацтецц СВЧ В соответствии с принятой классификацией антеннами сверхвысоких частот (СВЧ) называют антенны, работающие в диапазоне дециметровых, сантиметровых н иллиметровых волн (300 МГц — 300 ГГц). По принципу действия и схемно-конструктивному исполнению антенны СВЧ 'цощмзделяются на следующие основные типы: иэлучател» е виде открытых конное г чалноеадае и рунарные антенны, эеркагьные антенны, линзовые антенны, щелееые тенны, д'иэлектрические стержневые и антенны поверхностных волн, антенны еыдаекающей еагны, снирюьные антенны, а также антенные решетки, в которых излуча)щлями могут быть любые из выше перечисленных типов антенн.
Все многообразие типов антенн СВЧ в соответствии с методами их расчета удобрю разделить на апертурные антенньл антенны бегущей волны и фаэироаанные лишенные решетки (ФАР). К апертурным опккят антенны, у в в5. ,.которых можно выделить плоский излу- ,К в чюоший раскрыв, называемый анертурой. Типичными представителями апертурных ! антенн явлюотся волноводные и рупорные излучатели, зеркальные и линзовые аи- а) тецны На рис.
15.( схематически показанм примеры апертурных анины (пунктнром выделена излучающая апертура Я,). в в К антеннам бегущей волны относят в Непрерывные структуры, у которых излув в кение электромагнитных волн происхопит в процессе распространения вдоль них бе- г Гущей волны электромагнитного поля вли е) г) тока. К антеннам бегущей волны относятса диэлектрические стержневые антенны, Рне. 35д. примеры ыгсртурных антенн антенны поверхностных волн, цнлиндри- о-открытия «овви воэковолв. Чеакис н коническИЕ спиральиЫе антеННЫ, б- Руиорвш иивнвв. в- эвркыьнш вшвннв, г — вннэоввв вныонв антенны вытекающей волны.
С некоторой оговоркой, к антенне бегулгей волны можно отнести волноводно-шелевую антенну, когда основной лепесток диаграммы направленности отклонен от нормали к антенне. 220 Фазированные антенные решетки прелставляют собой систему отдельных излуча. телей, объединенных общей системой питания. В тракте питания каждого излучателя ив (или группы излучателей) расположен управляемый фазовращатель. Посредством фазовращателей может изменяться фазовое распределение тока в излучателях решетки и, таким 1л з я Я 1 образом, изменятся направление основного лепестка диаграммы направленности при неподвижной ревем щетке.
В качестве отдельных излуРис. 15ГЕ Схема фазированной антенной решетки чатглей в ФАР наиболее часто используются щелевые, волноеодные и рупорные излучатели, а также излучатели в виде диэлектрических и спиральных антенн. Простейшая схема ФАР показана на рис. 153Е Перейдем к изучению теории апертурных антенн СВЧ. 15.2. Строгаа в приблвщевваи теории антенн СВЧ. Внутренвян н ввепзнав задачи теории антенн СВЧ В гл. '10 (л. 10.1) приведены уравнения Максвелла, которые устанавливают связь между первичными иоточникамн (зарядами и токами) и электрическими и магнитными полями, излучаемыми этими источниками.
Там же приведены решения уравнений Максвелла для олнородной и изотропной среды. Уравнения Максвелла формально можно использовать и для расчета поля излучения произвольной антенньь Однако ори этом возникают трудно преодолимые математические сложности, связанные с отысканием решений уравнений Максвелла, удовлетворшощих граничным условиям на поверхности антенны сложной формы. Поэтому при изучении антенн СВЧ задача ло определению поля излучения этих антенн, как правило, разбивается на две части, аяую- релнюю и вяеюнюю.
При решении 5 М внутренней задачи находят каса- 5 ы 1 гл тельные составляющие электр~зле. à — —— 1га ского Е, и магнитного Н, полей на пз,)' некоторой замкнутой поверхности 5, о' охватывающей антенну (рнс. 15 3) Ь' — 5-5" При решении внешней задачи ло найденному полю Е,, Н, на поверхности 5 находят электрическое Рис. 15.3. К опрсаелснию паля излучения Е и магнитное Н поля излучения ан антенн СВЧ тенны. При таком подходе решение внутренней задачи существенно зависит от типа антенны и будет рассмотрено далее прн изучении конкретньж типов апертурных антенн СВЧ Ре щенке внешней задачи не зависит от конкретного вида антеннм и приводится ниже.
Итак, рассмотрим некоторую замкнутую поверхность 5, на внешней части кото. рой в каждой точке Р заяаны комплексные амплитуды касательных составляющих электрического и магнитного полей Е,(Р), Н,(Р) (рис. 15.3) Предполагается, что са 224 [йи поля изменяются во времени по гармоническому закону с частотой и . Поле излуния в произвольной точке М на больших расстояниях от антенны (в дальней зоне анины) вычисляется по заданному полю на поверхности Я.
Е(М)= сС]гс[[веН,]ге]]е гсб — — О][[а Е,]г„]е гл5, 4ггг * 4лг Н(М)= — сс[[гс[[а Е,]гсЦе ггьб — — сз[[лсН,]ге]е гсу, а'г 4лг 4лг (15.1) Ейе сс, др — абсолютные диэлектрическая и магнитная пронипаемости окружающего [йженну пространства; а = 2я('А — волновое число свободного пространства; 2 — зщина йрлны в свободном пространстве,' аэ — вектор единичной внутренней нормали к пойархности 5 (вектор а можно считать также внешним, но только по отношению к об[]вски пространства, гле расположена точка МЕ г — единичный вектор, направленный йт точки интегрирования Р в точку наблюдения М; г — расстояние между точками Р н Ц г — расстояние от точки М до некоторой точки О, лежащей внутри или на поверх- Нести обьема, ограниченного поверхностью 5, и выбранной за начало координат (квадй1атиые скобки в (15.
1) обозначают операшпо векторного умножения). В теории антенн известен принлип (теорема) эквивалентности, в соответствии с которым заданные на произвольной геометрической поверхности 5 касательные сомошне полей Е,, Н, можно заменить эквиааяентными электрическими 3; и атишными 3," поверхностными токмчн. Эквнвшзентньге юки определяются через задвнные поля: (15.2) (иеН,] . 3," = [нсЕ,], Подставляя соотношения (! 5.2) в выражения (15.1), установим связь поля излуче- Нвш с эквивалентными токами: Е(М) = — с[[ге[3,'гете ' "лб- — 1[~[3,"га]е ' "Ж, 4тг 4лг н(м)= сс[[гс[д.го]]е ' г45+ — гл[л",ге]с 'осу.
4яг 4лг (15.3) Поверхность 5 в общем случае может совпадать с частью поверхности 5' антенны (рис. 15.3). Если антенна выполнена из хорошего проводника (как,например, ру. 1"!рная или зеркальная), то на 5' касательная составляющая электрического поля е, (а Фледовательно, и магнитный ток 3,") равны нулю. При этом эквнвачентный электрический ток переходит в реально существующий на 5' электрический ток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
