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

Выражение (21-18) предполагает, что затухание бегущей волны равно нулю, а фазовая скорость равна скорости света. Влияние конечной величины затухания состоит в том, что диаграмма направленности сглаживается путем заполнения нулевых провалов и уменьшения максимальной величины лепестков. Влияние того, что фазовая скорость меньше, чем скорость света, состоит в большем наклоне основного лепестка к оси провода, уменьшении ширины этого лепестка и появлении дополнительных незначительных по величине лепестков. Уменьшение фазовой скорости на 40% изменяет угол наклона и ширину основного луча менее чем на 20%.

120

о I г з i

Длина антенны t

г 6 7 в 9 Ю длинах дела, 1/л.

Рис. 21-14. Сопротивление излучения и коэффициент направленного действия горизонтальной длиннопроводной антенны без учета отражений от земли. / - сопротивление излучения; 2 - коэффициент направленного действия по мощности.

Влияние отражений от земной поверхности на горизонтальные антенны может быть определено путем применения выражения (21-11). Сопротивление излучения резонансной горизонтальной антенны является функцией высоты подъема антенны над землей и отношения длины антенны к длине волны. Сопротивление излучения горизонтального провода, пренебрегая влиянием земли, характеризуется рис. 21-14. Влияние отражений от земли на сопротивление излучения горизонтальной антенны является быстроменяющейся функцией высоты. При увеличении высоты сопротивление излучения меняется по колебательному закону около номинальной величины, которая может быть определена порис. 21-14, с амплитудой, уменьшающейся при увеличении высоты1.

1 Сопротивление излучения в любом частном случае может быть определено, если считать, что отражение от землн эквивалентны излучению зеркальной антенны, расположенной на расстоянии, равном удвоенной высоте реальной антенны над землей. Действительная часть взаимного сопротивления между действительной и зеркальной антеннами является причиной изменения сопротивления излучения. Обычно сопротивление излучения уменьшается для горизонтальных антенн. Вычисления взаимных сопротивлений обычно

Пример 21-2

Необходимо определить требуемые длину и высоту горизонтальной антенны, при которых основной лепесток имел бы направление, примерно равное 30° к горизонту, а нулевое направление было бы перпендикулярным антенне. Начертить диаграмму направленности.

Решение

1. Рассмотрение рис. 21-11 показывает, что длина антенны ЗХ приведет к появлению максимума основного лепестка под углом примерно 30° к горизонту, а нулевые направления будут под углами 50, 70 и 90°.

2. Высота должна быть выбрана так, чтобы влияние отражений от земли не сильно изменило диаграмму направленности. Это может быть выполнено, если основной лепесток, определяемый из рис. 21-4, совпадает с основным лепестком диаграммы направленности в свободном пространстве, максимум которого имеет направление, соответствующее углу 30°.

Высота -тг- приемлема. Полная диаграмма направленности представлена на рис. 21-15.


л =а/2 \--I =3\---

77777777777ZW77777Z

Рис. 21-15. Результирующая диаграмма направленности в вертикальной плоскости для горизонтальной антенны с учетом отражений от земли, ,---- - диаграмма направленности, учитывающая влияние земли; - - диаграмма направленности горизонтального провода в свободном пространстве с учетом влияния земли.

Фронт балны прин1/мземаг0

CUSWPO.


777777777777777777777777

Рис. 21-16. Антенна Бевериджа.

Примером нерезонансной антенной системы является антенна Бевериджа (Beverage) или "антенна бегущей волны 2, показанная на рис. 21-16.

Эта антенна имеет направленные свойства в направлении к нагрузке и применяется для

сложны. Они приводятся, например, в следующей литературе: G. Н. Brown, Directional antennas, Proc. IRE, January 1937, vol. 25, p. 78 and P. S. С a r-t e r, Circuit relations in radiating systems and applications to antennas problems, Proc. IRE, June, 1952, vol. 20, p. 1004

2 H. H. Beverage, C. W. Rice and E. W. К e 1 1 о g, The wave antenna, a new type or highly directive antenna, Trans. AIEE, 1923, vol- 42, p. 215-266.



приема вертикально поляризованного сигнала. Характеристики антенны зависят от электрических свойств земли,в зависимости от которых вертикальный фронт волны имеет тот или иной наклон, что обеспечивает наличие горизонтальной составляющей электрического поля. Эта антенна нашла широкое применение на низких частотах.

21-26. Вертикальные антенны. Положение антенные свободном пространстве не влияет на вид диаграммы направленности антенны, если предположить, что отражения от земли несущественны. Поэтому диаграммы направ-

1енности, приведенные на рис. 21-10, применимы я для случая длинного вертикального излучателя в свободном пространстве при наличии синусоидального распределения тока стоячей волны. В тех случаях, когда отражения от земли существенны, выражение (21-11) определяет вид результирующей измененной диаграммы. Заземленные вертикальные антенны с концевым питанием имеют диаграммы направ-

1енности, эквивалентные диаграмме направленности антенны с центральным питанием удвоенной длины, которая в этом случае является вертикальным излучателем с симметричным распределением токов.

Для того чтобы выразить напряженность

поля через ток в нижней части, необходимо

выражение (21-19) разделить на величину

. 2п1 sin - . Л

Угловые положения нулей и максимумов как функции величины /А, кратной половине

€.

12 3b

Млат б длинах вали. 1/а

Рис. 21-18. График для определения направлений нулей и максимумов вертикального излучателя с питанием с конца. - - максимум - - - - нули.


1=ЗХ/2

1=1*

Рис 21-17. Характерные диаграммы направленности вертикальных заземленных излучателей с синусои дальным распределением тока. (Диаграммы направлен ности показаны для любого квадранта в вертикальной плоскости. Полная диаграмма направлеиностн может быть получена путем вращения изображенных диаграмм вокруг оси антенны).

Обычно применяются короткие по сравнению с длиной волны вертикальные излучатели. Выражение для диаграммы направленности в плоскости углов места с учетом влияния отражений от земли дается формулой (21-19), а характерные диаграммы направленности приведены на рис. 21-17:

где } Ц1

60/ г

COS -у si n f

(2iU -cos

cos р

(21-19)

угол места относительно горизонта; высота антенны над поверхностью земли в длинах волн; среднеквадратическое значение тока в точке максимума тока, а.

длины волны, представлены на рис. 21-18. Выражение (21-19) справедливо Для синусоидального распределения тока.

График зависимости сопротивления излучения, отнесенного к максимальному току в антенне, от высоты антенны представлен на рис. 21-19 *. Для того чтобы получить сопротивление излучения, отнесенное к току в нижней части, необходимо величину, полученную из рис.21-19, разде-

лить на sin*

Рис. 21-19. Сопротивление излучения заземленного вертикального излучателя отнесенное к максимальному току.


На низких частотах, когда вертикальные антенны электрически очень коротки, получаются очень малые величины сопротивлений излучения например, 0,3,

Это требует, чтобы сопротивления потерь таких антенн были очень малыми для получения приемлемой эффективности *.

ом для I

= L)

36 Г

* См. Q. Н. Brown, A critical study ol the characteristics of broadcast antennas as affected by current distribution, Proc. I RE, Jan. 1936, vol. 24, p. 48-81.

Для общего, но достаточно полного ознакомления с конструкцией антеин низких частот см. Е. A. La-port, Radio antenna engineering, McGraw-Hill Book Company, Inc.. New York, 1952.



21-2в V-антенны1. Диаграммы направленности V-антенн являются результатом сочетания диаграмм направленности двух одно-проводных антенн, образующих букву V. Эти диаграммы по своему виду будут изменяться в зависимости от длины проводов в длинах волн, от угла прн вершине буквы V и от нагрузки каждого плеча антенны. Выражение (21-16) определяет диаграмму направленности одного провода с концевым питанием при наличии стоячих волн (нагрузки нет).

Выражение (21-18) определяет диаграмму направленности одиночного провода с питанием на конце, нагруженного на сопротивление, равное волновому сопротивлению провода (имеется только бегущая волна).

На рнс. 21-20, а показана ненагруженная V-антенна. На рис. 21-20,6 приведена нагруженная V-антенна. Угол при вершине 2а выбирается таким, чтобы он был равен удвоенной величине угла отклонения главного лепестка относительно осн одиночного провода. Это приведет к созданию результирующего главного лепестка, расположенного в горизонтальной плоскости V-антенны, если считать, что имеют место условия свободного пространства.

Для того чтобы приподнять основной лепесток над плоскостью V, необходимо в некоторой степени уменьшить этот угол. Зависимость угла при вершине 2а от длины одного из плеч V в длинах волн приведена на рис. 21-21.


Щг~-

аграмм направленности таких систем даны в разделе 21-3. Характеристическое сопротивление V-антенны зависит от угла при вершине 2а и отношения длины к диаметру проводов

« 160 ъ

"Nj НО

\ео во

I *"

го о


Рис. 21-20. V-образные антенны, ненагруженная V-антенна; б - нагруженная V-антенна; б - вертикальный и горизонтальный ряды V-антенны.

Для того чтобы установить основной лепесток под большим углом наклона, необходимо угол при вершине несколько уменьшить. Величина этого изменения угла зависит от длины сторон и взаимных связей между сторонами. Уменьшение угла при вершине на 10% приведет к поднятию максимума луча примерно на 10°. V-антенны можно разместить в ряд по горизонту или по вертикали для увеличения направленности. Правила для определения ди-

/ 2,3 It 5 1/Л

Рис. 21-21. Угол при вершине 2а для основного лепестка при нулевом угле возвышения как функция длины V-аи-тенн в длинах воли.

плеч и будет изменяться от нескольких сотен ом примерно до тысячи ом, увеличиваясь с увеличением отношения длины к диаметру провода плеч.

Коэффициент направленности V-антенны примерно на 3 дб больше коэффициента направленности длинного провода, равного по длине одной стороне V (см. рис. 21-14).

21-2г. Ромбические антенны 1. Ромбическая антенна состоит из четырех нерезонансных лучей, соединенных, как показано на рнс. 21-22. Такая форма антенны обеспечивает больший коэффициент направленности по сравнению с простой V-антенной. Обычно такая антенна нагружается активным сопротивлением или поглощающей двухпроводной линией. Ромбические антенны характеризуются сравнительно большой полосой рабочих частот, например с перекрытием частот до 5 : 1. Однако характеристика направленности редко остается неизменной в полосе частот с перекрытием более чем 2 : 1. Диаграмма направленности имеет большое количество лепестков как в плоскости ромба, так н в вертикальной плоскости. Ромбические антенны наиболее приемлемы в тех случаях, когда необходимо, чтобы угол наклона основного лепестка к плоскости ромба был менее 30°.

Многопроводная конструкция, показанная на рис. 21-22, в, уменьшает характеристическое сопротивление антенны и улучшает ее широкопол осность.

Поляризация излучения ромбической антенны - горизонтальная в основном лепест-

1 См. P. S. Carter, W. W. Hansell and

N, E, L i n d e n b 1 a d. Development of directive transmitting antennas by RCA Communication, Inc., Proc. IRE., October 1931. p. 1773 and P. S. Carter, Circuit relations in relating systems, Proc. IRE, June 1932, p. 1004.

1 Для более подробного ознакомления с конструкцией ромбических антенн см. D. Foster, Radiation from rhombic antennas, Proc. IRE, October 1937, p. 1327; E. Bruce, A. Beck and L. B. L о w r y. Horizontal rhombic antennas, Proc. IRE, January 1935, p. 24, Rhombic transmitting aerial efficiency. Wireless Engr., May 1941, p. 180; A. E. Harper, Rhombic antennas design, D. Van Nostrand Company, Inc., Princeton, N. J., 1941.



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



0.0082