Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (561333), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Поэтому при расчете поля излуче- величины замедления волны ния рассматривается лишь основная электрическая ШлжзаММРСВРЕОРЛШСЯС'РУЮЭРЫ ваша Еп, по сушесшу единственно возбуждающаяся при устройстве питания в виде конического рупора с волной типа Нп в круглом волноводе (см. рис. 17.15,б). ' Для Е-волн с касательными к Е составляющими Е, и Н поверхностное сопротивление (17 9) определяется структурой электромагнитного пола в кольцевых канавках.
Инлуктивный характер поверхностного сопротивления, как н в случае плоской гофрированной структуры, имеет место прн Ь = гз - й < Л(4. Замедление поверхностной волны у= 1 при Ь = 0; если же ЫЛ =О 15, то у 2. При дальнейшем увеличении МЛ приблизительно до 0,25 замедяеиие у неограниченно растет. Замедление волны лишь незначительно зависит от отношения 1)г(; на практике приниммот Нд > О 5 .
Излучение импедансных антенн (см. Рис. !7.14,а и 17.15,а,б) в основном вертикально погшризовано. Возбуждение может осуществляться рупорным облучателем (рис. !7.14,а), широким открытым волноводом (рис. !7.15,а), соответствующей шелевой системой, кРУглым волноводом с волной типа Нп или коническим РУпоРом (Рис. 17.15,оэ.При этом дИ импедансной антенны находят как дИ линейного излучателя с замедленной бегущей волной. Разобьем мысленно замедляющий слой диэлектрика (рис. 17.14,л) на узкие полоски плоскостями уОх.
Тогда ДН антенны [формулы (12 2 !), (12 26Д Е((),Р) = Д(фгр)Е (ф), (17.12) где Д(О,Р) — ДИ прямоугольного раскрыва одной из прямоугольных полосок; Рл(В) множитель направленности. Поле а раскрыве каждой полоски в соответствии со вторым принципом эквивалентности [1[ может быть заменено эквивалентными токами. Так как толщина лиэлектрического слоя малц в раскрыве каждой полоски даже с учетом зеркального изображения распределение тока вдоль оси у можно считать постоянным, а ввиду того, что 2Ь «4 ДИ полоски в шюскости электрического вектора (Р = 90') — совпадающей с ДИ элементарного диполя.
Вдоль оси х (0 = 0') амплитудное распределение задается (т возбудителем, и в случае плрамидальиого рупора оно имеет вид Е, = Ее сов~ — хЛ!. Та- 201 ким образом, выражения для ДН соответственно в плоскостях Е и Н представляются формулами 88 соз9-у 2 з(п г (9) дг яь соз9-1 2 У 'Р Дг Яь соз9-у 1 — ~8 — мп9) т 2 (17. 13) (17.!4) 282 где Ь вЂ” длина замедляющей (иаправшпощей) поверхности.
Выражение (17.14) дка ДН в плоскости Н показывает, что при значительной ширине замедаяющей структуры а ДН в большой степени определяешя одиночной характеристикой направленности Д(9), т е. законом распределеюш поля возбудителя вдоль осик. В случае гофрированной плоской металлической поверхности каждую канавку можно рассматривать как шелевой излучатель. Это приводит к тем же формулам (17.13), (17.14) с заменой в первой из них созО на единицу, что несущественно, так как ДН в основном определяются вторыми сомножитевями. При расчете по формулам (! 7.13), (17.14) предполагается, что точщииа слоя диэлектрика или глубина канавок ие меняется по длине антенны, т.е.
у = сопке. В действительности для согласования антеняы со свободным пространством ее «толщинуэ уменьшают к концу (пунктирные линии на рис, 17.14,л). В этом сдучае в формулы (! 713), (17 14) следует подставлять среднее значение у по длине антенны Й Диаграмма направленности цилинлрической гофрированной антенны также определяется главным образом множителем направленности (множителем решетки) (12.26). Диаграмма направленности одиночного элемента антенны — кольцевой канавки (рис.
17.15,о) в главных плоскостях при возбуждении волной типа Еп имеет вид .1, (да ми 9) Дк(О) /р (Йгззп 9)соя 9» ~(! сов 9) Дл(9) Й Уз (доз(п 9) сов 9 — (1- сов 9) . /~ (Йг з1 п 9) Йгз(еО Здесь 3„(х) — функция Бесселя л-го порядка. Излучение обладает в первом приближении симметрией вращения. Если возбуждение ребристо-стержневой антенны осуществляется коаксиальной линией с волной типа Т, то для ДН одиночного элемента справедливо выражение Д(9)= /1(длз)п9).
В этом случае в направлении оси з антенны воле имеет нулевое значение. Диа грамма направленности принимает конусообразную форму, причем вектор электриче ского поля всегда направлен рациально. Оптимальная длина импедансных антенн, при которой КНд максимален, опреде. ляется по формуле (12.28): 2 2(у-1) При конструировании плоских антенн с поверхностной волной металлический экран за слоем диэлектрика (рис.
17.14,а) или ребристой структурой (рис. 17.15,а) имеет не бесконечную, а конечную длину Г, В результате главный максимум излучения вследствие дифракнни волны на краю экрана оказывается котжатым» от плоскости экрана (н тем меньше, чем больше длина антенны С и замедление у). Харасгерный внл ДН в плоскости убз лля этих случаев показан на рис. 17 17. В случае ребристо-стержневой мпенны, которая проста в изготовлении, соответствующим выбором размеров могут быль реазизованы значения замедления у, большие, чем для диэлектрических по- Рвс. 17.17. дН импелансиай антенны аерхностных гплучателей, что позволяет получить иа экране конечных размеров значения ширины ДН в пределах б — 8'. Однако уровень бокового излучения антенн такого типа довольно значителен. Преимушеством ребристо-стержневых антенн является не только возможность выбора фазовой скорости в широких пределах, но и ее варьирование вдоль излучателя, что позволяет реализовать ДН с заданными параметрами.
Рабочая полоса частот импедансных антенн апреле~метая в основном характеристиками согласованна возбуждающего устройства с замедляющей структурой и обычно составляет 15 — 20 Рй 17.4. Антевиы вытекающей волны Поверхностные волны, возбуждаемые вдоль граничной поверхности, могут быть условно разделены на налрашненые и излучаемые. У направляемых волн фазовая скорость вдоль гранины раздела сред с рззличнымн электрическими параметрами меньше скорости света, у излучаемых — больше. Механизм излучения линейного излучателя в последнем случае принннпиавьно отличается от механизма излучения собственно антенн поверхностных волн (импедансных антенн).
Излучаемую (вытекающую) волну можно рассматривать как поверхностную с фазовой постоанной Д. =2кггА <Д и постоЯнной затУханиа и > О. ЗатУхание, если лРенебречь потерями в самой антенне, онредшщется потерями на излучение, т.е. излученной энергией. Направление главного максимума ДН, формируемой антенной вытекающей волны, определяется соотношением созО,„= — '= — =у <1. (17.15) (г, д д я, Простейшим видом антенны подобного рода является, например, Рнс. 1748. Иринина посэрсенкя сткрьпого прямоугольный аалновод, в середи- вролольнага излучателя не узкой стенки которого прорезана продольная щель(рис.
17.18). В этом случае длина ййй 31 †зс волны в линии равна длине волны в волноводе (Л, = Л, ), а затухание зависит от шири- ны щели и толщины стенкИ аолновода. Действие антенн вытекающей волны в первую очередь обусловлено излучением. возникающим при «невозмушенном» распространении излучаемой волны вдоль гра- ничной поверхности.
Множитель направленности подобного линейного излучателя со- гщсно формуле (12 24) определяется выражением l. У(9)=)7(з)е' ' Ж, а Здесь длина антенны й отсчитывается отсечения соответствующего ее входу. В (17.16) функция распределения полл (тока) в нщучателе имеет такую же зависимость фазового сдвига вдоль структуры, как и излучаемая волна, т.е. 7(з) = ге(г)е иь. Функция (э(з) является вещественной и положительной. Таким образом, )(О) = )Д(з) е-лГ™П й. э Синфазное сложение отдельных составляющих излучения (от элементарных ис- точников, образующих антенну вытекающей волны) происхолит при усювни соя О = у, т.е. в соответствии с формулой (17.15) лри Э = 9„.
Форма ДН антенны вы- текаюгцей волны (без учета направленных свойств единичных элементарных источни- ков) зависит от функции распределения!(з) и тем самым от характера затухания излу- чаемой волны. При постоянном затухании излучаемой волны (например, при неизмеи- ной шиРине пРодольиой щели в волноводе) (э(з) с Увеличением кооРдинаты г Убывает по зкспоненциальному закону. Однако (э(з), а тем самым и распределение излучения, можно менять в широких прелелах, если соответствующим образом выбрать закон наг(г) менения затухания. Определение характера затухания или функции связи и(з) = = ' = (з) (Р(з) — мощность, подводимая вдоль поверхности к точке з; Р,(з) — мощность, излучаемаз отРезком единичной даины в точке з) пРи заданном РаспРеделении (э(з) осуществляется так же, как и в случае излучателей с поперечным язлучением, возбужлаемых бегущими волнами. Различие состоит лишь в том, что здесь происходит непрерьш«ое излучение, и обычно направление главного максимума ДН относитещно нормали к антенне значительное (составляет приблизительно 40 — 50').
Экспериментальные исследовааия поля длинной продольной щели в ближней зоне позволяют Заключить, что вОлна в валноводе накладывается в щели на кщевевую вогшуя, которая распространяется вдоль щели со скоростью света и на конце антенны частично отрюкается. Чем шире щель, тем большая часть энергии прихолится на эту волну. В антенне вытекающей волны помимо продольной щели излучение может созда. ваться с помощью близко расположенных друг к другу щелей или отверстий друго" формы в узкой стенке вонновода. Механизм излучения остается неизменным до тех пор, пока расстониия между отверстиями малы по сравненюо с длиной волны. Часть тл ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНТЕННЫХ СИСТЕМ Глава 18 Фазированные антенные решетки и антенные системы с пространственно-временном обработкой сигнала 18.1.Пространственно-временили обработка сигнала н антенных сцстемах В процессе развития радиотехники и электроники антенны претерпелн существенное изменение: из простых устройств (один вибратор или несколько) преобразовались в сложные управляемые многоэлементные системы с активными приборами.
Если на первых этапах развития антенна должна была обеспечить эффективное излучение и прием, то потом от антенны потребовалось значительное усиление, получаемое за счет направленности действия. С появлением радиосистем локации, навигации н управления приемные антенны стали осуществлять пеленгацию, т.е. опрелелять угловые координаты юлученных или отраженных вази с возможно большей точностью.
Резкий рост оснащенности радиоэлектронными средствами, произошедший в последний период, создал проблему электромагнитной совместимости (ЭМС). Для осуществления ЭМС в приемных антеннах возникла необходимость формирования глубоких провалов в дН для направления прихода помех. Поскольку помеховая обстановка меняется, потребовались самопрнспосабливающиеся антенны — адаптгщные. Появление новых аидов боевых действий (радиоэлектронная борьба) привело к необходимости решения в антенной технике проблем, аиыогнчных перечисленным, но при более сложных условиях. В настящее время ралиосистемы должны работать при действии нескольких мощных широкополосных помех в условиях независимого перемещения помехоноснтелей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
