Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 [197] 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

нии между элементами антенн, частоты и ориентации элементов. Действительная часть сопротивления связи может быть как положительной, так и отрицательной. В общем случае резонансная частота антенны может быть изменена посредством ее связи с другой антенной. Эффект влияния на антенну проводящей поверхности такой же, как если бы она была связана с антенной своего зеркального отображения 1.

21-1 е. Принцип взаимности. В общем случае свойства антенн одни и те же как при излучении, так и при приеме радиоволн. В частности, диаграмма направленности антенны имеет один и тот же вид независимо от того, применяется антенна для излучения или для приема. Мощность, передаваемая между двумя антеннами, будет одной и той же, если сопротивления генератора и нагрузки согласованы с сопротивлениями приемной и передающей антенн.

21-1 ж. Влияние земли и зеркальные отображения. Радиоволны отражаются от земной поверхности таким же образом, как и свет отражается от зеркала. Но так как земля не является хорошим проводником, то при отражении имеет место уменьшение энергии отраженной волны. Это уменьшение является функцией частоты и зависит от состояния поверхности земли. В общемслучае уменьшение энергии отраженной волны увеличивается при увеличении частоты. Для плоской отражающей поверхности угол отражения равен углу падения волны.

Неровная или шероховатая поверхность может вызвать изменение направления отраженной волны и привести к рассеиванию большей части отраженной энергии во многих направлениях.

Если предположить, что поверхность земли ровная и является хорошим проводником, то из рис. 21-3, а видно, что отраженную волну можно рассматривать как волну, излученную антенной «зеркального отображения», которая расположена ниже поверхности земли на расстоянии, равном высоте основной излучающей антенны. Так как путь, проходимый отраженной волной, отличается от пути прямой волны, то в любой точке пространства отраженная волна будет суммироваться с прямой волной с учетом разности фаз. В предельном случае, если предположить отсутствие потерь при отражении, результирующий сигнал будет равен удвоенному прямому сигналу, когда обе волны суммируются в фазе, и равен нулю, когда они суммируются в противофазе. Так как разность хода волн меняется с изменением угла места точки наблюдения, то сила результирующего сигнала будет изменяться от нуля до удвоенной амплитуды. Это явление приводит к тому, что в вертикальной плоскости диаграмма направленности антенны изменяется. Изменения в диаграмме направленности в вертикальной плоскости, вызванные влиянием отражений от земли, зависят от поляризации излучаемых антенной волн. Если

применяется антенна с горизонтальной поляризацией, то зеркальное изображение антенны будет иметь вид такой, как это показано на рис. 21-3, б. Если применяется вертикальная антенна, то зеркальное изображение антенны имеет вид, как на рис. 21-3, в.


в) г)

Рис. 2Т-3. Зеркальные изображения. а - зеркальное отражение; б - горизонтальное изображение; в - вертикальное изображение; г - множественное изображение.

Необходимо отметить, что полярности соответствующих точек реальной и зеркальной антенн противоположны. Это объясняется тем, что потенциал поверхности земли во всех случаях должен быть равен нулю. Диаграмму направлеииости в вертикальной плоскости такой антенной системы можно рассматривать как соответствующую эквивалентную диаграмму двух антенн, питаемых в противофазе для случая горизонтальной антенны и в фазе для случая вертикальной антенны, разнесенных на расстояние, равное удвоенной высоте действительной антенны над земной поверхностью.

Зависимость силы сигнала как функции угла места для горизонтальных антенн любой длины 1 имеет вид:

G(P) = 2F 0)sin i- sin BJ, (21-11 a)

где G(8) -• характеристика направленности антенной системы в вертикальной плоскости с учетом отражения; F(8) - характеристика направленности антенны без учета влияния отражения от земли; Н - высота подъема антенны; Р - угол места, измеряемый от горизонтальной поверхности; А - длина волн в единицах, соответствующих единицам Н. Для вертикальной антенны функция G (3) имеет вид:

12-кН

1 Графики, которые характеризуют величину взаимного сопротивления, см. Terman (см. ссылку выше), sec. II или J, D. К г a u s, Antennas, chap. 10, 1950. McGraw-Hill Book Company, Inc., New-York, 1950.

G(p)=2F(3)cos

sinp . (21-116)

1 В плоскости, перпендикулярной оси антенны. (Прим. ред.)



Нулевые и максимальные направления характеристики направленности горизонтальной антенны можно получить из уравнения:

sin[i = . (21-12)


01 I I-1-1 -I

0 1 2 3 к S

вь/сота aff/new&t б длинах доля а)

и (21-12), необходимо поменять местами. На рис. 21-4 представлена зависимость максимальных и нулевых направлений, диаграммы направленности от высоты антенны. Сплошные линии соответствуют максимумам для горизонтальных антенн. Пунктирные линии соответствуют минимумам. Эти кривые необходимо поменять местами для вертикальных антенн. Рис. 21-4 может быть использован для вычерчивания диаграммы направленности антенной системы в вертикальной плоскости, если пользоваться следующим правилом при определении ширины лепестка.

Ширина любого лепестка в градусах между точками половинной мощности примерно равна половине расстояния в градусах между соседними минимальными значениями.

Отражающая поверхность, показанная на рис. 21-3,г утолщенной линией, иногда применяется в антенных системах. В этом случае, как показано на рис. 21-3, г, нужно учитывать три зеркальных изображения антенны. Необходимо отметить, что положение и полярность зеркальных изображений в этом случае такие, что отражающие плоскости всегда находятся под потенциалом земли.

Пример 21-1

Определить требуемую высоту горизонтальной антенны в длинах волн при условии, что ее первый лепесток должен быть расположен под углом 10° к горизонту. Необходимо начертить полную диаграмму направленности в вертикальной плоскости, принимая, что

90 80

го ю о

п=5 7

9 11 13 151719

A\\\v\\\

\ \\ АЛЛ \ \ \ \\\\\\

k \

Ч-* \

X \

. \

"~-~Г~с>~

--- -

------

5 10 20

Высота антенна в длинах &олн 6-)

Рис. 21-4. Направления нулей и максимумов, которые вызваны наличием отражений от

земли

Это выражение дает направление максимумов при нечетных целых значениях п и направление минимумов при четных целых значениях п.

Для вертикальной антенны, положения максимальных и нулевых направлений, которые можно получить по формулам (21-116)

антенна в свободном пространстве всенаправ-ленная.

Решение

1. Определим высоту антенны, пользуясь рис. 21-4. Из рисунка видно, что требуемая высота должна быть равна Н 1,45 к. Это



также можно получить и из уравнения (21-12) следующим образом:

sin 10° = 0,174 = - .

Так как первый максимум соответствует

« = 1, то Н =-- =1,44Х. 0,696

2. Определим положение и ширину других лепестков. По рис. 21-4 можно определить, что другие лепестки расположены примерно под углом 32° и 59° к горизонту Нулевые направления соответствуют углам. 20,44 и 90°. Ширина первого лепестка на уровне половинной мощности поэтому равна 10°, второго 12° и третьего 23°.

л Диаграмма направленности такой антенны представлена на рис. 21-5.


Рис. 21-5. Диаграмма направленности для примера 21-1.

21-1з. Системы питания антенн. Каждая антенная система требует линии передачи электромагнитной энергии от передатчика к антенне. Применяемые линии передач зависят от типа антенны, метода соединения и рабочей частоты. Простые однопроводные фидерные системы могут быть применены для антенн длинных волн, двухпроводные линии передачи применяются на средних волнах, коаксиальные линии используются на коротких и ультракоротких волнах. Волноводы и коаксиальные линии применяются в сантиметровом диапазоне волн. Основным требованием к линии передачи является передача энергии с минимальными потерями. Характеристики различных систем передачи энергии даны в гл. 20.

21-1и. Раскрывы антенн и распределения поля в раскрыве. Можно считать, что антенна имеет облучаемый раскрыв в таком же смысле, как это понятие применяется в оптике.

В частности, антенны сантиметровых волн часто состоят из профилированных металлических отражающих поверхностей и линий передач, оканчивающихся диполем или рупором, которые «облучают» рефлектор. Диаграммы направленности таких антенных систем зависят от вида фазового и амплитудного распределения поля в раскрыве, которое определяется формой отражающей поверхности. 1

В общем случае диаграммы направленности и функции распределения поля в раскрыве являются взаимными преобразованиями Фурье.

Влияние различных видов амплитудного распределения в раскрыве иллюстрируется рис. 21-6. В общем случае более острые характеристики распределения поля в раскрыве расширяют основной лепесток и уменьшают


Рис. 21-6. Диаграмма направленности прямоугольного

расплыва прн различных типах облучения. / - равномерное распределение; 2 - треугольное распределение; 3 - косинусоидальное распределение

при этом уровень боковых лепестков. Часто применяется такое распределение поля в раскрыве, при котором амплитуда на границе раскрыва меньше значения в центре на величину порядка - 10 или -15 дб. Такое распределение представляет собой разумный компромисс при выборе ширины луча и уровня боковых лепестков. Обычно применяются симметричные амплитудные распределения, но даже несимметричное амплитудное распределение создает симметричную диаграмму направленности. Однако, если фазовое распределение поля в раскрыве несимметрично, диаграмма направленности также будет несимметричной.

Линейное изменение фазы по раскрыву вызывает смещение луча на угол 6, определяемый соотношением

(21-13)

где k

1 «Антенны сантиметровых волн», перевод с англ. под ред. Я. Н. Ф е л ь д а. «Советское радио», Москва, 1950 и Bell Telephone System Tech J., April 1947, p. 219.

изменение фазы на единицу длины раскрыва, а 6 измеряется относительно нормали к раскрыву. Этот эффект можно использовать для сканирования луча путем изменения распределения фазы по раскрыву.

Нелинейные изменения фазы в раскрыве могут вызвать искажения диаграммы направленности, так же как и смещение положения главного лепестка диаграммы.

Если антенная система состоит из рефлектора и облучающего устройства, то имеются



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 [197] 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0021