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

две диаграммы направленности. Первичная диаграмма направленности - это диаграмма направленности облучателя. Она характеризует амплитудное и фазовое распределения поля облучения рефлектора. Вторичная диаграмма направленности - это диаграмма излучения облучаемого раскрыва. Она зависит от первичной диаграммы направленности облучателя и геометрии отражающей поверхности.

I-2л

1-Х/2 а.)

I « Л/4

i i i

6)

Рис. 21-7. Распределение токов в антенне - незаземленные антенны; б - заземленные антенны; в - влияние верхней нагрузки.

нагрузки антенны сосредоточенной индуктивностью или емкостью.

В резонансной системе последовательное включение индуктивности уменьшает расстояние между пучностями тока и, следовательно, эффективную длину антенны.

Нерезонансные антенны (антенны бегущей волны) нагружаются таким образом, что от конца антенны отражений нет, нет, следовательно, стоячих волн. Ток распределен рав-номерно по амплитуде, а фаза "~ изменяется на 2л рад на длину волны.

На рис.21-7,в показано, каким образом нагрузка на верхнем Конце антенны в виде емкостного элемента, представленного отрезком длиной х, может изменить распределение тока. Если, например, А

, то верхняя нагрузка ан-

21-1к. Распределение тока в антенне. Важным параметром длинноволновых антенн является распределение тока. Распределение тока по излучающему элементу аналогично распределению поля по раскрыву и может быть использовано во многом таким же образом для вычисления диаграммы направленности. Распределение тока зависит от отношения длины антенны к длине волны, близости земной поверхности и нагрузки антенны. Примеры различных распределений токов в антенне представлены на рис. 21-7.


0,15 0,5 0,75 1,0

Рис. 21-8. Распределение тока в за земленном вертикальном излучателе с эффективной высотой, равной четверти длины волны. 1 - участок распределения тока, который можно рассматривать как линейную функцию высоты, справедливой до 30° электрической длины.

На рис. 21-8 для справок представлена в увеличенном виде кривая синусоидального распределения тока для заземленной четвертьволновой антенны. Приведенные распределения токов относятся к резонансным антеннам или к антеннам, которые работают как разомкнутые иа конце линии (см. гл. 20) со стоячей волной тока, распределенного, как показано на рис. 21-7. «Концевой эффект» в резонансных антеннах приводит к тому, что действительная Длина антенны должна быть примерно на 5% меньше, чем теоретическая резонансная длина. Распределение токов можно изменить путем

тенны составит 30° электрической длины линии, и распределение тока в вертикальном излучателе будет таким, как показано на рис. 21-8 между 30 и 90°.

21-2. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ АНТЕНН

Свойства любой реальной антенной системы при проектировании можно проанализировать, если представить ее в виде нескольких основных частей. Обычно такими частями в соответствии с их физической важностью выбираются следующие:

Вся антенна-основной излучательХ коэффициент системы X коэффициент влияния отражений от земли.

Основной излучатель - это наиболее простая антенна, которая может быть физически выделена в сложной антенной системе. Например, в антенне, состоящей из некоторого числа горизонтальных вибраторов, основным излучателем будет являться одиночный горизонтальный вибратор. Коэффициент системы в этом случае будет определять влияние на всю антенну совокупности всех горизонтальных вибраторов, объединенных в одну систему. Коэффициент влияния отражений от земли определит дальнейшее влияние на свойства всей антенной системы отражений от поверхности земли. Таким способом сложная реальная система может быть проанализирована или спроектирована несколькими этапами, что весьма упрощает работу.

Влияние отражений от земли рассмотрено в § 21-1.ж. Коэффициент системы и примеры, иллюстрирующие суммарное влияние всех факторов, рассмотрены в § 21-3. Целью данного раздела является рассмотрение диаграмм направленности и свойств основных видов антенн, которые могут лежать в основе более сложных антенных систем. Эти основные антенны часто используются и отдельно. В этом случае коэффициент системы равен единице и свойства антенны зависят только от свойств этой основной антенны и влияния отражений от земли.

Основным антенным элементом является диполь, т. е. очень короткая прямолинейная



антенна с неравномерным распределением тока по длине, расположенная в свободном пространстве.

Полное поле реальной антенны можно определить, если представить антенну в виде большого количества диполей с токами, амплитуда которых меняется от диполя к диполю, полностью отображая неравномерное распределение тока реальной антенны. Для того чтобы получить полную диаграмму направленности, поля всех диполей должны быть векторно просуммированы.

Электрическое поле дипольной антенны в зоне излучения определяется выражением (21-14):

Е(Ь)=?у cos6, (21-14)

где Е(В) - напряженность поля в плоскости, проходящей через ось диполя, в/ж;

в - угол, измеряемый от плоскости, перпендикулярной оси диполя;

/ - длина диполя, ж;

/ - ток диполя, а;

г - расстояние от диполя до точки, в которой измеряется поле, м;

X - длина волны, ж.



Рис. 21-9. Поле вертикальной вибраторной

антенны как функция угла наклона. а - в плоскости вибратора: б - в плоскости, перпендикулярной вибратору.

Диполь и соответствующая диаграмма направленности представлены на .рис. 21-9. Выражение (21-14) характеризует электрическое поле излучения, которое уменьшается по закону г-1. По такому же закону изменяется и магнитное поле в зоне излучения. Кроме того, дополнительно существует магнитное поле индукции, которое уменьшается по закону t~s, и статическое поле, которое уменьшается



(21-15)

не зависит от угла, и диаграмма направленности в этой плоскости имеет вид окружности.

Сопротивление излучения дипольной антенны, расположенной в свободном пространстве, дается формулой (21-15):

Яизл = 789(2 [ом],

где / и X имеют соответствующие друг другу единицы.

21-2а. Горизонтальные антенны. Диаграмма излучения резонансного горизонтального провода без учета влияния земли при питании с одного конца дается соотношением (21-16): cos / тс/ \

. -г- I -г- COS б

sm V X /

Е(6) =

(21-16)

r sin е

/ - пиковое значение амплитуды тока, а; г - расстояние, ж; /, X - длина антенны и длина волны в одинаковых единицах; 6 - угол, который отсчитывается от оси провода.



1=2л

1=3Л

1-й*

Рис. 21-10. Диаграммы направленности длинных проволочных резо нансных антенн с распределением тока типа стоячей волны.

по закону г~г. Обычно только поле излучения важно при конструировании антенн. Поле в плоскости, перпендикулярной оси диполя,

1231,587890 Длина антены 6 кланах волн

Рис. 21-11. График для определения лепестков диаграммы направленности длиннопро-водной резонансной антенны с питанием с конца.

--- - максимумы; - - - - нули.

Синус берется в тех случаях, когда длина антенны кратна четному числу полуволн, а косинус - нечетному.

Характерные диаграммы направленности представлены на рис. 21-10. Зависимость угловых положений максимумов и минимумов как функция длины провода в соответствии с выражением (21-16) изображена на рис. 21-11.

При увеличении длины провода число лепестков увеличивается, ширина каждого лепестка уменьшается, а угол наклона лепестка по отношению к оси провода уменьшается. Для проводов с длиной, кратной нечетному числу полуволн, имеется лепесток, расположенный перпендикулярно проводу.В случае четного числа полуволн направлению, перпендикулярному оси провода, соответствует нулевое значение диаграммы. Выражение (21-lb) справедливо для антенн с длиной примерно по 10 длин волн. Для более длинных антенн лепестки




в направлениях, противоположных месту подключения питания, имеют большие размеры, чем в направлениях на источник питания.

Диаграммы излучения в свободном пространстве вертикальных или горизонтальных антенн любой длины с центральным подключением питания определяются выражением:

£(в) =

COS о - COS

(21-17)



где обозначения и единицы такие же, как и в выражении (21-16). Для резонансных антенн с длиной, соответствующей нечетном) числу полуволн, выражение (21-17) преобразовывается к виду, совпадающему с выражением (21-16). Однако в случае резонансных антенн с длиной, соответствующей четному числу полуволн, диаграммы различаются в результате несимметричного результирующего распределения тока в антеннах с концевым питанием.

Выбор центрального или концевого питания антенных систем зависит в первую очередь от размеров антенны в длинах волн, диапазона частот, в пределах которого антенна работает, и требуемого вида диаграммы направленности. В антеннах с центральным питанием токи в каждой из половин антенны совпадают по фазе и имеют симметричное относительно точки подключения питания распределение по амплитуде. В антеннах с концевым питанием токи в каждой из половин антенны могут быть как в фазе, так и в противофазе в зависимости от электрической длины антенны. В зависимости от типа питания это может привести к различиям в характеристиках направленности при одной и той же длине антенны. Резонанс- gm\ = ные 1 линии питания обычно подключаются

так, что пучность напряжения на линии соответствует точке подключения к резонансной антенне с концевым питанием при длине антенны кратной целому числу полуволн.

Резонансная антенна с центральным питанием может иметь или пучности тока, или пучности напряжения на линии питания в точке подсоединения антенны. Диаграмма направленности антенны с концевым питанием может не быть симметричной, если потери в антенне не очень малы. В этом случае диаграмма будет иметь наклон в сторону, противоположную месту подключения питания, а амплитуды лепестков будут больше в направлениях, противоположных месту подключения питания. Антенна с центральным питанием имеет то достоинство, что при этом обеспечивается балансное подключение линии питания, а это уменьшает излучение самой фидерной системы по сравнению со случаем концевого питания.

Антенны бегущей волны - это длинные антенны, нагружаемые таким образом, чтобы уменьшить или свести к минимуму отражения и стоячие волны. Лепестковая структура диаграмм

направленности таких антенн подобна тем, которые представлены иа рис. 21-10 и 21-11 для направлений на нагрузку, если длина антенны соответствует нескольким длинам, волн.

Лепестки в противоположных направлениях значительно меньше по амплитуде, что создает несимметричную и обычно более приемлемую диаграмму направленности. Характерные диаграммы направленности нерезонансных горизонтальных проводов показаны на рис. 21-12. Изменения амплитуд следующих друг за другом лепестков представлены на рис. 21-13. Выражение для диаграммы направленности





1 = 8л

2. Диаграммы излучения иерезонаисных горизонтальных проводов.

в случае нерезонансной антенны в плоскости, которая содержит провод антенны, имеет вид:

sin в sin (1

1 - cos 6

(21-18)

где в

угол относительно оси провода.

1 . \/

Ось провода

- -\

0 20 u0 60 80 100 ПО иш iso Угол от оса провода 8. град

Рис. 21-13. Относительная амплитуда максимума лепестка как функция угла относительно нерезонансной длиинопро-водной антенны.



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



0.0069