Материал: 736

Затухание, обусловленное тепловыми потерями в диэлектрическом стержне, приближенно находим по формуле (3.72). Оно равно

αд @ 27,3 × 2,5 × 2 ×10−3 @ 1,24дБ / м. 0,07

КПД антенны находим по формуле (3.73)

h = ехр(- 0,23aдLопт ) = ехр(- 0,23 ×1,24 × 0,35) @ 0,9 .

КНД в направлении максимума излучения в соответствии с (3.71) ра-

вен

Максимальный КУ антенны имеет значение

G0 = Dη = 40 × 0,9 » 36,

что вполне удовлетворяет заданию.

10. Определить оптимальные размеры конической стержневой антенны из тролитула (ε = 2,5; tg δ = 5 ×10−3 ). Рабочая длина волны λ = 7 см.

Решение. Используя соотношения (3.75), находим оптимальные диа-

гласно графика на рис. 3.25 соответствует коэффициент замедления ξср = 1,06. Поэтому оптимальная длина стержня равна

Остальные параметры антенны можно рассчитать по методике, изложенной в предыдущем примере.

96

Вопросы для самоконтроля

Линейные антенны

1.В чём заключается эффект укорочения длины вибратора?

2.В чём отличие вибратора Пистолькорса от линейного симметричного вибратора?

3.Назовите способы расширения рабочего диапазона вибраторных антенн.

4.Несимметричные вертикальные вибраторы, конструкции, применения.

5.Принцип двойственности и его использование в антенной технике.

6.Особенности спиральных антенн, конструкции, применения.

7.Сравните цилиндрические и конические спиральные антенны по диапазонным и направленным свойствам, дайте объяснения различиям.

97

4.Апертурные антенны

Капертурным относят антенны, у которых может быть выделена плоская поверхность раскрыва S, формирующая остронаправленное излучение. Основные типы АА – волноводные, рупорные, зеркальные, линзовые.

Вотличие от ЛА с последовательной схемой питания элементов, в АА параллельная схема питания посредством системы независимых лучей, переносящих электромагнитную энергию. Особенностью параллельной схемы является сохранение синфазности элементов раскрыва и вида АФР независи-

мо от длины волны λ. Поэтому АА могут работать в широком диапазоне частот, сохраняя неизменной форму ДН. Меняются лишь ширина ДН и ее лепестки. Для КНД апертурных антенн справедлива общая формула

Из (4.1) следует, что увеличение волновых размеров апертуры увеличивает КНД антенны. Поэтому у АА наивысший из всех типов антенн КНД, который у зеркальных антенн может достигать 108.

4.1. Волноводные излучатели

Волноводные излучатели являются простейшими апертурными излучателями в диапазоне сантиметровых волн. Наиболее распространенными являются антенны в виде открытых концов волноводов – прямоугольного с волной Н10 и круглого с волной H11. Размеры поперечного сечения волновода на волне основного типа обычно не превышают длины волны, поэтому излучатель с такими размерами раскрыва является слабонаправленным и формирует широкую ДН. Излучатели в виде открытых концов волноводов применяются в качестве облучателей линз и зеркал, элементов фазированных антенных решеток, а также как самостоятельные слабонаправленные антенны.

Приближенное нахождение поля излучения из открытого конца волновода заключается в решении двух задач: внутренней и внешней. Внутренняя задача состоит в нахождении полей внутри волновода и рассматривается в электродинамике. При решении внешней задачи полагают, что в волноводе распространяется лишь волна основного типа. Распространение волн других типов исключается выбором размеров поперечного сечения волновода.

На открытом конце волновода происходит частичное излучение волны, ее частичное отражение, а также возникновение волн высших типов. Вследствие этого поле на раскрыве отличается по своей структуре от поля в самом волноводе. На внешней поверхности стенок возбуждаются поверхностные токи. При решении внешней задачи апертурным методом все это не учитывают и считают, что поле на раскрыве открытого конца волновода имеет такую же структуру, как и в поперечном сечении внутри регулярного волново-

98

да с волной основного типа. Сравнение с экспериментальными результатами показывает, что эти приближения вполне допустимы.

Излучатель в виде открытого конца прямоугольного волновода

Такой излучатель схематично изображен на рис. 4.1,а. Поле в волноводе для волны основного типа имеет три компоненты: Еу, Hx, Hz. Распределение амплитуды поля на раскрыве в плоскости Е равномерное, а в плоскости Н – косинусоидальное, т.е.

Поскольку раскрыв синфазный, то фазовое распределение постоянно.

Рис. 4.1. Волноводные излучатели:

а – на прямоугольном, б – на круглом волноводах

Так как амплитудно-фазовое распределение на раскрыве открытого конца прямоугольного волновода с волной H10 разделяющееся, то для определения поля излучения можно воспользоваться теоремой о перемножении ДН – формула (1.22). Элементарным источником для рассматриваемого случая является элемент Гюйгенса (элемент волнового фронта площадью dS ), имеющий ДН в виде кардиоиды

эл

2

изображенной на рис. 4.2.

99

Рис. 8.2. Диаграмма направленности элемента Гюйгенса

Нормированная ДН открытого конца прямоугольного волновода в главных плоскостях в соответствии с формулами (2.3), (2.4), (2.17) и (4.3) имеет вид

λ sinθ E

где θ H ,θ E - углы, отсчитываемые от нормали к раскрыву в плоскостях H и

Е, соответственно.

Ширина ДН в главных плоскостях, может приближенно рассчитываться по формулам

Поляризация поля излучения открытого конца прямоугольного волно-

R

вода с волной H10 линейная, вектор E поля излучения ориентирован парал-