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

вень боковых лепестков при данной ширине основного лепестка или наиболее узкий главный лепесток при данном уровне боковых лепестков. Все боковые лепестки имеют равные уровни. Биноминальное распределение в действительности можно считать предельным случаем распределения Дольфа - Чебышева, так как при биноминальном распределении соотношение уровней основного и боковых лепестков становится бесконечным. Другим предельным случаем является случай, когда возбуждаются только крайние элементы решетки, прн этом все лепестки имеют один и тот же уровень.

Равномерное распределение не является каким-либо специфичным среди всех остальных.

Практические трудности, связанные с реализацией распределения Дольфа-Чебышева, состоят в трудности подбора возбуждения каждого из элементов при необходимости иметь их большое количество.


Рис. 21-42. Пассивные антенны. а - активный и пассивный вибраторы; б - рефлекторный н днректорный вибраторы; / - рефлектор; 2 - директор; 3 - активный вибратор заштрихован.

21-Зв. Пассивные антенны *. Пассивные антенны показаны на рнс. 21-42. Пассивная антенна возбуждается электромагнитным полем, излучаемым активной антенной.Это электромагнитное поле возбуждает в пассивном элементе ток, который создает свое поле излучения, складывающееся с полем активной антенны. Результирующая диаграмма направленности такой системы обычно имеет увеличенную направленность по сравнению с характеристикой направленности одной активной антенны.

Результирующая диаграмма направленности зависит от расстояния между активным и пассивным элементами и также от размеров последних. Пассивные решетки обычно конструируются таким образом, чтобы расстояния между элементами были малы. Направленные свойства какого-либо конкретного сочетания активной и пассивной антенн определяются величиной и фазовыми соотношениями возбуждающего и индуктируемого токов. В частности, при близком расположении элементов, если фаза токов в пассивном элементе запаздывает по отношению к фазе тока в активном элементе, максимальное излучение будет в направлении от активного элемента к пассивному. Пассивный элемент тогда называется директором. Если же фаза тока в пассивном элементе опережает фазу тока в активном элементе, то максимальное излучение будет в направлении от

1 G. Н). Brown, Directional antennas, Proc. IRE, Janpary,, (937, Proc. IRE, v. 25, p. 78-145; P. S. С a r ( e rA Circuit relations in radiating systems, Proc. IRE, June 1932, v. 20, p. 1004.

пассивного элемента к активному. Пассивный элемент тогда называется рефлектором. Для большего увеличения направленности антенны возможно также сочетание некоторого количества рефлекторов и директоров. Такое сочетание элементов показано на рис. 21-42 Антенна Уда-Яги показанная на рис. 21-42,6, имеет тот недостаток, что она имеет узкую эффективную полосу рабочих частот. Однако такая антенна иллюстрирует простой метод получения значительного увеличения направленности. Для такой антенны требуется только один отражающий элемент, так как остаточное поле позади рефлектора обычно очень мало.

Уравнения, описывающие соотношения между токами в активном и одном пассивном элементах, записываются следующим образом:

0 = fiZls + /aZaa, (21-29)

- напряжение в центре активного вибратора; It, la - токи в активном и пассивном элементах соответственно; 2ц, Zla - собственные полные сопротивления активного и пассивного элементов соответственно; 212=Z21 - взаимные полные сопротивления между активным и пассивным вибраторами. Из уравнения (21-30) следует, что ток /2 связан с током It и сопротивлениями элементов следующим образом:

, Zis - 1 гГ~

(21-30)

e/Ot-Mii-ess (21-31)

где б,,» - фазовый угол 62, - фазовый угол 222.

Характеристика антенны из одного активного и одного пассивного элементов запишется так:

£(<(.) =

Z,. /(TC + 8t2

2itd

(21-32)

где d - расстояние между вибраторами;

<р - угол в плоскости вибраторов, измеряемый относительно оси, соединяющей центры вибраторов;

k - коэффициент пропорциональности.

Полная характеристика направленности может быть получена путем умножения характеристики, определяемой соотношением (21-32), на характеристику направленности полуволнового активного вибратора.

Из этого уравнения видно, что проектирование систем пассивных антенн сводится к определению собственного и взаимного сопротивлений излучающих элементов. На рис. 21-43 представлены величина и фаза взаимного

1 Н. Y a g 1 , Beam transmission of ultra short waves, Proc. IRE, June 1928, vol. 16, p. 715-740.



сопротивления 1 между параллельными пассивным и активным вибраторами.

Собственное сопротивление антенны с пол-

» X

ной длиной примерно можно выразить

соотношением:

= 73 +/73 tg(

(21-33)

где 0 - фазовый угол сопротивления Z23.

Выражение (21-33) является приближенным, оно справедливо только для бесконечно тонких вибраторов. Величина реактивной части ZS2 меняется с изменением длины антенны. Скорость такого изменения уменьшается при

100 "i so

1 60

I го

О 0,1 0,2 0,3 OA 0,5

Расстояние между элементами д длинах дслн

Рис. 21-4.3. Взаимное сопротивление между активным и пассивным вибраторами.

Таблица 21-1 Собственное сопротивление цилиндрической антенны, ом

2 +5*

2--5%

2 + 10%

400 2 000 20 000

+ 40 + 50 + 62

+ •3

- 12

+ 60 + 75 + 96

- 15

- 30

- 45

-отношение длины антенны к радиусу ее

поперечного сечения.

Характерные коэффициенты системы в виде диаграмм направленности для антенны, состоящей из одного активного и одного пассивного вибраторов, показаны на рис. 21-44. Рассмотрение этих диаграмм показывает, что пассивные

Йптибныи л г элемент

ФаэоНьи] угм

собственного полного солря-тидлений trjoa пассаднсго элемента

*го°

110 20° -10"

0 0 0

увеличении отношения диаметра провода антенны к ее длине. В общем случае для длин, X

меньших - , реактивное сопротивление отри-

цательно, а для длин, больших --, положительно. Собственное полное сопротивление антенн исследовано во многих работах. При практическом применении вторичные эффекты взаимных связей трудно вычислить, особенно тогда, когда в антенне применяется более чем два элемента. В результате окончательный подбор длин вибраторов часто выполняется экспериментально.

Характерные величины собственных реактивных сопротивлений вибраторов с длиной,

примерно равной (т. е. 73 tg 622 [ом]),

представлены в табл. 21-1.

1 Рис. 21-43 дает упрощенное представление о решаемой задаче, приемлемое для ориентировочных расчетов при проектировании. Для более подробного ознакомления с вопросом читатель отсылается к литературе, указанной у Browna и Cartera (см. ссылку выше). Дополнительно очень хорошее рассмотрение вопроса дается, К г a u s (см. ссылку выше), chap. 10, Е. С. Jordan, Electromagnetic waves and radiation system, chap. 13, Prentice-Hall, Inc , Englewood chfis, N J., 1950, F E. T e r m a n, Radio Engineers handbook, sec. II, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1943. Дополнительная литература, в которой представлены результаты обширных экспериментальных исследований, следующая: Ronald King, Self and mutual impedances of parallel identical antennas. Proc. IRE, August 1952, vol. 40, p. 981-988; С. T. Та i, Coupled antennas, Proc. IRE, April 1948, vol. 36, p. 187-500.

Рнс. 21-44. Характерные коэффициенты системы для антенны, состоящей из одного активного и одного пассивного вибратора.

вибраторы действуют как директоры, если угол (тс + 612-622) лежит в пределах от 0 до - 180°. Пассивный вибратор является рефлектором, когда этот угол лежит в пределах от 0 до + 180°. Директор обычно размещается примерно на расстоянии 0,2А от активного элемента.

Полное сопротивление активного вибратора уменьшается за счет влияния пассивного элемента. Для увеличения входного сопротивления антенны может быть применен в качестве активного элемента петлевой вибратор

Коэффициент направленного действия пассивных антенн зависит от числа элементов в антенне и их расположения. Можно получить этот коэффициент примерно равным 5 дб по отношению к полуволновому вибратору, если



применить один рефлектор или директор, расположенный так, чтобы обеспечить максимальное значение коэффициента направленного действия. Трехэлементная антенна с одним рефлектором и одним директором, которые правильно расположены, может иметь максимальное значение коэффициента направленного действия более 7 дб по отношению к полуволновому вибратору. Четырехэлементиая антенна, состоящая из одного рефлектора и двух директоров, соответственно размещенных, может обеспечить коэффициент направленного действия более 9 дб по сравнению с полуволновым вибратором.

Пример 21-6

Необходимо построить диаграмму направленности антенны, состоящей из полуволнового активного вибратора и пассивного вибратора, который расположен на расстоянии 0,1 X от активного вибратора. Длина пассивного вибратора короче резонансной длины, так что фазовый угол собственного сопротивления директора равен -20°.

Решение

1. Определим отношение взаимного и собственного сопротивлений.

Из рис. 21-43 имеем:

213 = 695° . По уравнению (21-33) получим: Z,n. = 73 + /73 tg (- 20°) = 73 -./73 • 0,364 = = 73 - /26,6 = ПЛе~№.

Поэтому Zn 69 Z23 ~ 77,7

2. Напишем уравнение диаграммы направленности системы по уравнению (21-32), полагая, что ток в активном вибраторе равен единице,

E(f) = k[l + 0,89e(215° - 36° 005 Ч

Диаграмма направленности представлена на рис. 21-45. Ее необходимо умножить иа диаграмму направленности полуволнового активного вибратора, для того чтобы получить полную диаграмму направленности данной антенны. .

21-Зг. Всенаправленнш антенны. Для многих целей важно иметь антенну, имеющую диаграмму направленности с постоянным значением для всех углов в горизонтальной плоскости. Полный коэффициент направленного действия антенны в этих условиях будет иметь нежелательно низкую величину, если не применить нескольких излучателей, расположенных вертикально друг над другом, что увеличит направленность в вертикальной плоскости. Большинство основных излучателей, рассмотренных в § 21-2, таких как рамки, диполи или коаксиальные антенны, которые имеют осевую симметрию, могут быть размещены в виде вертикального ряда для указанной цели. Несколько приемлемых разновидностей не рас-

1 Для рассмотрения всенаправленных антенн сантиметрового диапазона см. S. Silver (ed), Microwave antenna theory and design, chap. 9, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1949.

ej (180° + 15° + 20°) 0]89e;215

смотренных ранее, показаны на рис.21-46. Турни-кетная антенна показанная на рис. 21-46, а, состоит из двух полуволновых вибраторов, расположенных крестообразно под углом 90°, которые возбуждаются со сдвигом на 90° по фазе. Например, питание в точках 1-1 должно


270°

Рис. 21-45. Коэффициент системы в примере 21-6. 1 - активный вибратор; 2 - директор.


\2 1 о ;

I.....J


Диаметр -0.56А

Рис. 21-46. Всенаправленные антенны. X а - турникетная антенна; б - сложная турникетная антенна; в - триполь; г - щелевая решетка.

опережать или отставать по фазе по сравнению с точками 2-2 на 90°. В предположении, что амплитуды возбуждения равны, диаграмма направленности в горизонтальной плоскости при

1 Для рассмотрения всенаправленных систем, применимых на низких частотах, см. T е г m а п (см. ссылку выше), р. 815 - 818 или Е. A. L а р о г t. Radio antenna engineering, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1952; George H. Brown, The turnstile antenna, Electronics, April 1936; R. W. M a-s t e r s, The super turnstile antenna, Broadcast News, January 1946, p. 42.



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



0.0018