Материал: 736

155

представляет собой сумму полей ее отдельных элементов. Если эти элементы имеют одинаковые размеры, одинаковые амплитудно-фазовые распределения возбуждающего поля или тока, ориентированы в пространстве одинаковым образом и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, то суммарная ДН такой системы может быть записана в виде произведения векторной комплексной ДН одного элемента на скалярной множитель направленности, представляющий ДН совокупности элементарных излучателей, расположенных в фазовых центрах элементов системы.

Фазовая диаграмма антенны. Под фазовой диаграммой понимают зависимость от угловых переменных сферической системы координат фазы поля в дальней зоне на поверхности сферы постоянного радиуса. Фазовая диаграмма характеризует фронт волны, который является поверхностью равных фаз.

Поляризационная диаграмма антенны. Поляризационная диаграмма определяет характер изменения во времени и в пространстве величины и ориентации вектора напряжённости электрического поля, создаваемого антенной.

Входное сопротивление антенны. Под входом антенны понимают точки или сечение подключения антенны к фидерному тракту. Входное сопротивление антенны – это сопротивление, определённое или измеренное на её входе.

Коэффициент направленного действия антенны даёт возможность сравнивать антенны с некоторой эталонной, направленные свойства которой известны. В качестве эталона обычно берут абсолютно ненаправленный (изотропный) точечный излучатель, имеющий ДН в виде сферической поверхности. Реально таких излучателей не существует, это только удобная модель. Для заданного направления КНД – это число, показывающее во сколько раз нужно увеличить мощность излучения эталонной антенны по сравнению с мощностью исследуемой антенны для того, чтобы в заданной точке пространства, находящейся в дальней зоне, получить одинаковые напряжённости поля. При этом предполагается, что антенна потерь не имеет.

Эффективная (действующая) длина линейной антенны. Эффек-

тивная длина линейной антенны с неравномерным распределением тока – это длина такой линейной антенны с синфазным равноамплитудным распределением тока, которая при одинаковых токах в одних и тех же сечениях отсчета, например на входе, создает в свободном пространстве такую же напряжённость поля в направлении максимума излучения, что и искомая антенна.

Эффективная площадь антенны – это поверхность фронта плоской электромагнитной волны, с которой антенна принимает и передаёт в согласованную нагрузку мощность с направления максимума ДН при полном совпадении поляризаций падающей волны и приёмной антенны и при отсутствии в

антенне потерь.

Линейная непрерывная система. Под линейной непрерывной сис-

темой понимают совокупность однотипных элементарных излучателей, непрерывно распределенных вдоль заданного направления

156

в пространстве. Длина линейной системы произвольна, а её поперечные размеры много меньше длины волны и её продольных размеров.

Рупорные антенны. Волноводные излучатели имеют малую направленность и недостаточно согласованы с волноводом. Устранение этих недостатков возможно путем плавного увеличения поперечного сечения волновода. Волновые размеры апертуры рупора могут быть сделаны гораздо большими, чем у волновода, что позволяет значительно сузить главный лепесток ДН. Плавное увеличение поперечного сечения волновода в рупорных антеннах обеспечивает их хорошее согласование с пространством. Наибольшее распространение получили секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны. Секториальные рупоры получаются путем плавного расширения одной из стенок прямоугольного волновода. Если расширение прямоугольного волновода происходит в плоскости Н, рупор называется H-плоскостным; если в плоскости Е, то называется E-плоскостным. Расширение прямоугольного волновода в обеих плоскостях образует пирамидальный рупор. Такое же расширение круглого волновода образует конический рупор.

Линзовые антенны состоят из электромагнитной линзы и облучателя, фазовый центр которого совмещён с фокусом линзы. Электромагнитная линза – это радиопрозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями: освещенной криволинейного профиля и плоской поверхностью апертуры. Облучатель предназначен для создания нужного амплитудного распределения на раскрыве линзы. Он должен иметь точечный фазовый центр и обеспечивать требуемую поляризацию поля излучения. В отличие от оптического диапазона линзы в радиодиапазоне могут быть как замедляющими, так и ускоряющими. На практике чаще всего используются диэлектрическая (замедляющая) и металлопластинчатая (ускоряющая) линзы. Размеры раскрыва линзовых антенн обычно велики по сравнению с длиной волны, поэтому они относятся к остронаправленным антеннам и предназначены для формирования узких ДН. Приближенная теория линзовых антенн строится на основе законов геометрической оптики.

Зеркальные антенны. Зеркальными антеннами называют антенны, формирующие ДН путем отражения электромагнитных волн от металлического зеркала (рефлектора) определенного профиля.

Первичным источником электромагнитных волн служит какаялибо слабонаправленная антенна, называемая облучателем. Зеркало (одно или несколько) и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны. Размеры раскрыва зеркальных антенн обычно велики по сравнению с длиной волны, поэтому они относятся к остронаправленным антеннам и предназначены для

157

формирования узких ДН. Приближенная теория зеркальных антенн строится на основе законов геометрической оптики. Широкое применение зеркальные антенны нашли в радиолокации, радиоастрономии, в радиорелейной связи, связи и телевещании с использованием искусственных спутников Земли.

Директорные антенны. Директорные антенны или антенны типа «волновой канал» представляют собой дискретную систему расположенных в одной плоскости параллельных симметричных вибраторов, размеры которых близки к полуволновым. Один из вибраторов, обычно петлеобразный, подсоединяется к фидерной линии и является активным, а другие – пассивными. Пассивный вибратор, располагаемый позади активного, играет роль рефлектора, а остальные, располагаемые впереди активного, называются директорами.

Фазированные антенные решётки представляют собой системы из-

лучателей, фазы возбуждающих токов в которых подобраны так, чтобы в заданном направлении получить остронаправленное излучение. Реализация линейных фазовых распределений в них осуществляется путем разбиения раскрыва на большое число отдельных излучателей с независимым управлением фазой возбуждения каждого из них. Посредством изменения фаз возбуждающих токов главный лепесток амплитудной ДН антенной решетки перемещают (сканируют) в пространстве по определенному закону, причем этот процесс возможен как в передающем, так и в приёмном режимах работы решётки.

Взаимное влияние элементов в антенной решётке. У антенных ре-

шёток с малым шагом наблюдается снижение КНД, обусловленное взаимным влиянием или взаимодействием их элементов. Это влияние проявляется в том что, входное сопротивление излучающего элемента в АР отличается от входного сопротивления элемента в свободном пространстве и является функцией угла сканирования. При этом изменяется ДН элемента и искажаются поляризационные характеристики. Подобное взаимодействие не позволяет рассматривать элементы решётки как независимые нагрузки. Взаимодействие элементов в решётке может привести к значительному рассогласованию между раскрывом антенны и цепями питания. В больших антенных решётках в этом случае наблюдается так называемый эффект ослепления, когда практически прекращаются излучение или приём электромагнитных волн.

158

Приложение

Таблица П.1.

Конструктивные и электрические данные стандартных прямоугольных волноводов

Примечание. МЭК - сокращенное название Международной электрической комиссии, разработавшей данный стандарт волноводов. Содержащееся в обозначении типа волновода число показывает ориентировочно среднюю частоту рабочего диапазона в сотнях мегагерц.

159

Учебное издание

Г.Г. Гошин

УСТРОЙСТВА СВЧ И АНТЕННЫ

Часть 2

Антенны

Учебное пособие по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны»

для направлений подготовки Радиотехника – 210300 и Телекоммуникации – 210400

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники.

634050, Томск, пр. Ленина, 40. Тел. (3822) 533018.