Материал: 736

Геометрическая длина полуволновой щели с учетом эффекта укорочения определяется как

Расчет ДН в плоскости, проходящей через продольную ось волновода перпендикулярно его широкой стенке, можно провести по теореме о перемножении диаграмм направленности, рассматривая антенну как решетку N синфазных эквивалентных полуволновых вибраторов, расположенных на расстоянии lв/2 друг от друга,

где DF – сдвиг по фазе, обусловленный геометрической разностью хода лу-

чей (волн) от двух соседних щелей, которая равна λв cosθ ; q – угол между

2

осью волновода и направлением в точку наблюдения; k = 2π / λ . Этот сдвиг

5. Синфазная волноводно-щелевая антенная решётка с продольными щелями, прорезанными в широкой стенке волновода сечением a ´ b = 7,2 ´ 3,4 см2, состоит из N = 10 щелей и работает на волне основного типа. Рабочая длина волны l = 10 см. На какое расстояние должны быть смещены щели относительно узкой стенки волновода, чтобы в нём установился режим бегущих волн?

Решение. Согласно условию (5.28) и формулам (5.27), (5.26) имеем

откуда

Вопросы для самоконтроля

Антенные решётки

1.Антенная решётка – что это такое?

2.Принцип перемножения ДН элементов решётки.

3.Понятие взаимного (наведённого) импеданса системы излучателей.

4.Влияние взаимодействия элементов в решётке на её входное сопротивление и ДН.

5.Директорная антенна, конструкция и принцип формирования ДН.

6.Волноводная щелевая антенная решётка, конструкция и принцип формирования ДН.

7.Понятие ФАР, основные типы и применения.

8.Основные схемы возбуждения ФАР.

.

152

Список рекомендуемой литературы

1.Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И. Воскресенского. – М.: Радио-

техника, 2006. – 376 с.

2.Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высшая школа, 1988. – 432с.

3.Антенны и устройства СВЧ / Под ред. Д.И. Воскресенского. – М.: Радио и связь, 1994. – 592 с.

4.Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно – фидерные устройства. – М.: Радио и связь, 1989. –352 с.

5.Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. Часть 1. -

М.: Связь, 1977. – 384 с.

6.Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. Часть 2. -

М.: Связь, 1977. – 288 с.

7.Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. – М.: Энергия, 1973. – 440 с.

8.Ротхаммель К., Кришке Ф. Антенны. Т.1. – Минск: ОМО «Наш город», 2001. – 416 с.

9.Ротхаммель К., Кришке Ф. Антенны. Т.2. – Минск: ОМО «Наш город», 2001. – 416 с.

10.Вендик О.Г., Парнес М.Д. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию). С.-Петербург, 2001. – 250 с.

11.Вольман В.И., Муравцов А.Д., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. М.: Радио и связь, 2000. – 536 с.

12.Гошин Г.Г. Граничные задачи электродинамики в конических областях. –

Томск: ТГУ, 1987. – 128 с.

13.Гошин Г.Г. Антенны и фидеры. Сборник задач с формулами и решениями. Томск: ТУСУР, 2003. – 242 с.

14.Методы измерения характеристик антенн СВЧ / Под ред. Е.М. Цетлина. - М.: Радио и связь, 1985. – 368 с.

153

Основные определения (глоссарий)

Антенна. Антенной называют устройство, предназначенное для преобразования подводимой к нему энергии в излученную, или принимающее излученную энергию и обеспечивающее ее выделение в нагрузке (приёмнике). Антенна является неотъемлемой частью радиолинии: антенной заканчивается передающий тракт в радиолинии, с нее же начинается приёмный тракт.

Линейные антенны. К линейным антеннам (ЛА) относят любые излучающие системы, малых по сравнению с длиной волны поперечных размеров,

вкоторых направление протекания тока совпадает с осью системы. В простейшем случае представляют собой тонкий металлический проводник, по которому протекает переменный во времени электрический ток, или узкую щель

вметаллическом экране, между краями которой приложено переменное напряжение. К линейным антеннам относят не только прямолинейные, но также искривленные или изогнутые проводники и щели, если их поперечные размеры много меньше длины волны. По характеру распределения тока ЛА можно разделить на два типа: антенны стоячих волн и антенны бегущих волн. Отличительной особенностью линейных антенн является последовательная схема питания (возбуждения) элементов антенны и, как следствие, зависимость характеристик излучения от длины антенны или от частоты.

Апертурные антенны. У этого класса антенн можно выделить некоторую ограниченную поверхность, как правило, плоскую, через которую проходит весь поток излучаемой или принимаемой мощности. Эта поверхность называется апертурой, размеры которой обычно много больше длины волны. К апертурным антеннам (АА) относятся рупорные, зеркальные, линзовые антенны, открытые концы волноводов. Принципы формирования диаграмм направленности у них подобны оптическим. Отличительной особенностью этого класса антенн является параллельная схема возбуждения элементов апертуры посредством системы независимых лучей и, как следствие, независимость формы диаграммы направленности от размеров апертуры или от частоты.

Антенные решётки. Это системы однотипных излучателей, расположенных в пространстве по определенному закону и определенным образом возбуждаемых. Антенные решётки (АР) могут быть одномерными (или линейными) и двумерными (или поверхностными). Из совокупности одномерных решёток можно составить двумерную решётку. Излучатели в решётках могут располагаться на плоских поверхностях или на поверхностях с криволинейной образующей. Схема питания элементов решёток может быть как последовательной, так и параллельной, а также комбинированной. Число элементов в решётке может быть от единиц до нескольких тысяч. Важное место в классе антенных решёток занимают фазированные антенные решётки (ФАР) с независимой регулировкой амплитудно-фазовых распределений на её элементах.

154

Антенно-фидерные устройства. В более широком смысле часто говорят не только об антеннах, но в целом об антенно-фидерных устройствах (АФУ), понимая под последними совокупность соединённых вместе линий передач, антенн и других устройств, обеспечивающих преобразование, согласование, распределение электромагнитной энергии, ее селекцию по поляризации или частоте и т.п. Все они имеют не только конструктивную общность, но и общность методов расчета и проектирования, основанную на теории электромагнитного поля и теории линейных радиотехнических цепей.

Внутренняя и внешняя задачи теории антенн. В ряде случаев зада-

чу проектирования антенн разбивают на две – внутреннюю и внешнюю. Внутренняя задача состоит в нахождении распределения тока в линейной антенне или амплитудно-фазового распределения поля в раскрыве апертурной антенны при выбранном способе возбуждения. Внешняя задача заключается в нахождении по известным распределениям тока или поля в раскрыве антенны её характеристик излучения.

Прямая и обратная задачи теории антенн. Задача расчета антенн может быть прямой или обратной. Прямая задача или задача анализа заключается в нахождении электрических параметров антенны по заданным или известным ее конструктивным параметрам, способу возбуждения и рабочему диапазону частот. Обратная задача или задача синтеза заключается в нахождении распределения тока и конструктивных параметров антенны, которые в определенном частотном диапазоне обеспечивают реализацию заданных характеристик излучения и входных параметров антенны.

Дальняя зона (зона Фраунгофера). Область пространства, наиболее удалённая от антенны, в которой форма диаграммы направленности не зависит от расстояния до антенны, а поле передающей антенны имеет характер расходящейся сферической волны.

Промежуточная зона (зона Френеля). Область пространства, распо-

ложенная между дальней и ближней зонами антенны, в которой форма диаграммы направленности зависит от расстояния до антенны, а поле передающей антенны не имеет характера расходящейся сферической волны.

Ближняя зона. Область пространства, примыкающая непосредственно к антенне, называется ближней зоной. В этой области поле имеет как продольные, так и поперечные компоненты со сложной зависимостью от координат. В ближней зоне вектор потока мощности является комплексным и по направлению может не совпадать с направлением распространения волны. Комплексность говорит о том, что вблизи антенны находится реактивная, не распространяющаяся часть поля, определяющая реактивную мощность.

Диаграмма направленности антенны. Диаграмма направленности

(ДН) – это зависимость в дальней зоне комплексных компонент напряжённости электрического поля от угловых переменных сферической системы координат. Диаграмма направленности характеризует возможность антенны концентрировать энергию в определённом угловом секторе пространства.

Принцип перемножения диаграмм направленности. В силу линей-

ности уравнений Максвелла электромагнитное поле системы излучателей