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

тенн с таким излучением ограничено, так как они имеют малое сопротивление излучения и соответственно низкую эффективность излучения, а также малую диапазонность. Малая диапазоиность является результатом того, что не выполняется требование постоянства тока по амплитуде н фазе, что в общем случае требует подключения нагрузки, которая не может быть сделана достаточно широкополосной простыми средствами.

J ~1

ленности х, может быть определена по формуле:

. nil

Е (<р) = sin

90° \ 5Ш 2

-со5?, (21-21)

где п - число витков спирали;

<р - угол, измеряемый относительно оси спирали.

Первый множитель в (21-21) нормирует диаграмму направленности так, что максимальное значение ее соответствует единице. Второй сомножитель - это множитель системы, который учитывает сочетание п отдельных источников излучения, представляющих собой п витков спирали. Третий сомножитель есть диаграмма направленности одиночного витка спирали. Угол ф определяется по формуле

= 360°

(1 - cos tp)

(21-22)

где S - шаг спирали.

Соотношение между шагом S, длиной одного витка спирали С н углом наклона витка а определяется выражением

tg<x = -

(21-23)

Рис 21-30. Спиральные антенны. а - нормальный тип; б - осевой тип с дополнительной отражающей плоскостью; в - осевой тип без отражающей плоскости; г - осевой тип с линейной поляризацией.

Осевое излучение нашло наибольшее применение на практике.Оно имеет место в том случае, когда окружность спирали одного порядка с длиной волны. Максимальная напряженность поля соответствует направлению оси спирали. Размеры спирали сравнительно некритичны.

Устройство антенны, приведенное на рис. 21-30,6, наиболее приемлемо на практике, так как оно позволяет подключать коаксиальную линию питания и имеет однонаправленную диаграмму излучения. Отражающая плоскость должна быть по диаметру больше половины длины волны. В тех случаях, когда желательно иметь двустороннюю диаграмму направленности, может быть применена разновидность спиральной антенны, показанная иа рис. 21-30,s.

В общем случае поле спиральной антенны с осевым излучением имеет круговую поляризацию с направлением вращения, которое зависит от направления намотки витков спирали. Разновидности антенн, показанные на рис. 21-30,г, имеют две половины с различным направлением намотки спирали, что создает линейно-поляризованное поле.

Диаграмма направленности спиральной антенны с осевым излучением, сконструированной для получения максимальной направ-

Для спиральных антенн с осевым излучением длина одного витка спирали должна

быть в пределах от - X до ~ X, а угол а -

между 12 и 15°.

Ширина диаграммы направленности спиральной антенны уменьшается обратно пропорционально корню квадратному из длины спирали в длинах волн. Соотношения (21-21)- (21-23) будут проиллюстрированы на следующем примере.

Пример 21-3

Рассчитать диаграмму направленности спиральной антенны, которая имеет семь витков, с шагом 0,25 X и длиной одного витка 0,95 X.

Решение

1. Определим ф по формуле (21-22): . ф = 360° 0,25 (1 - cos 9) + -~].

2. Определим £(?) по соотношению (21-21):

sm -у Ф

Е (<р) = sin 12,8°-cos <р.

Это соотношение должно быть вычислено для различных значений <р с учетом зависимости <1> от <р.

1 См. W. W. Hansen and J. R. W о о d-y a r d, A new principle in directional antennas design, Proc. IRE, March 1938, vol. 26, p. 333-345.




то"

Рис. 21-31-Диаграмма направленности спиральной антенны для примера 21-3.

Рассчитанная в данном примере диаграмма направленности показана на рис. 21-31.

21-3. СИСТЕМЫ АНТЕНН - АНТЕННЫ В ВИДЕ РЕШЕТКИ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

Отдельные антенны часто объединяются таким образом, что их диаграмма направленности имеет требуемые свойства, которые нельзя получить с помощью только одного антенного элемента. Такое сочетание излучающих элементов можно называть антенной решеткой. Обычно все элементы такой антенны одинаковы, причем располагаются они в каждом направлении на равном расстоянии друг от друга.


Рис. 21-32. Общая координатная система решетки излучателей.

Простейшим видом антенной решетки является антенна, полученная путем размещения некоторого количества излучающих элементов по прямой линии. Это так называемые линейные антенны.

Возможны также двух- и трехмерные решетки, которые состоят из ряда линейных аи-тенн, разнесенных в пространстве, как показано на рис. 21-32. Свойства таких решеток можно определить путем разделения их на три линейные антенны, смещенные одна относительно другой по трем направлениям.

Полная диаграмма направленности всей решетки может быть получена как произведение диаграмм направленности этих трех антенн. При дальнейшем рассмотрении антенных решеток предполагается, что расстояния между излучателями и их диаграммы направленности таковы, что эффектом взаимодействия можно пренебречь.

21-За. Линейные антенны с одинаковыми амплитудным и фазовым распределениями. Нормированная диаграмма направленности линейной антенны, состоящей нз одинаковых элементов с равными амплитудными и фазовыми распределениями, определяется по формуле (21-24) с учетом (21-25):

Е0 (<?) sin -j-

£(?) =-- (21-24)

п sin ~

Ф = - cos <р +8, (21-25)

где D - расстояние между соседними излучателями;

X - длина волны в единицах, соответствующих D; 8 - фазовый сдвиг между последовательными излучателями; E0(tp) - характеристика направленности одиночных излучателей; tp - угол, измеряемый относительно оси

решетки; п - число излучателей. Вид формул (21-24) (21-25) удобен, так как первое выражение зависит только от числа излучателей н может быть заранее протабули-ровано независимо от расстояния между излучателями и их фазирования. Нормированный сомножитель системы, т. е. зависимость Е (tp)/£0(cf) °т Ф Для различных значений п изображена на рнс. 21-33. Для той или иной разновидности антенны необходимо только определить ф для каждого значения tp, а соответствующая величина Е (у) может быть найдена прямо по графику. Характеристика направленности, определяемая формулой (21-24), имеет максимальное значение, равное единице, когда ф = 0. Поэтому можно получить направление максимума излучения решетки под любым углом tp0, положив ф = 0 в формуле (21-25). Подставив величину угла tp0, выбираем при этом D и 8 таким образом, чтобы удовлетворить равенству

8 = cqs (21-26)

Пример 21-4

Необходимо определить характеристику направленности двух одинаковых изотропных излучателей с равными амплитудами и нуле-



вой разностью фаз, если они расположены на X

расстоянии -- друг от друга.

Решение

В этом случае

> = 0; ф = - cos t

sm I - cos t

2 sin (-тг- cos <f>

\.oo

[ycH-

Решение

Из формулы (21-26) для tp = 0° имеем: 8 = - тг cos 0° = - тс.

Тогда

T = Tc(costp- 1); р sin 2ф sin [?тс (cos tp - 1)]

4 sin 4 sin (cos tp - 1)J

Эта диаграмма направленности показана на рис. 21-34,6.


Рис 21-33. Коэффициент нормализации системы для линейных рядов излучателей, или

нормирующий коэффициент.




Рис. 21-34. Диаграммы направленное!н для линейных рядов излучателей. а - диаграмма для примера 21-4, б - диаграмма для примера 21 -5,а; в - диаграмма для примера 21-5,6.

Эта характеристика направленности представлена на рис. 21-34,а.

Пример 21-5

Определим В, если требуется, чтобы максимальное излучение было в направлениях: a) tp = 0е и б) tp = 90°. Антенна состоит из четырех излучателей, расположенных один

относительно другого на расстоянии ,у .

Для угла tp = 90° имеем: 8 = -tccos 90° = 0;

ф = тс cos tp; р sin (2тс cos tp)

4 sm I -jj- cost Эта диаграмма изображена на рис. 21-34.,в.



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



0.0023