Назначение и антенн и их общая характеристика
Скачать 0.81 Mb.
|
| Таким образом, поле излучения проволочной антенны определяется как суперпозиция полей, создаваемых элементарными излучателями с известными токами. Для расчета полей апертурных антенн используется так называемый апертуный метод. Сущность его состоит в том, что каждый элемент площади раскрыва антенны рассматривается как гюгенсовый источник (элементарная площадка ѓт) и поле всей антенны в дальней зоне определяется суммированием (интегрированием) всех элементарных полей с учетом их поляризации, амплитуд и фаз. Симметричный электрический вибратор в свободном пространстве. Приближенные законы распределения тока и заряда по вибратору. Рис. 15. Симметричный вибратор Симметричный вибрато ЁC два одинаковых плеча по размерам и форме, между которыми включается генератор. До разработки строгой теории симметричного вибратора (конец 30-х начало 40-х годов) при расчете поля вибратора применялся приближенный метод. В его основе лежит предположение о синусоидальном распределении тока по вибратору (закон стоячих волн) связанное с некоторой внешней аналогией между симметричным вибратором и 2-х проводной линией разомкнутой на конце. Переход от двухпроводной линии к вибратору и полагают, что при таком переходе закон распределения тока не нарушается, то есть µ § (1) µ § ЁC амплитуда тока в пучности тока вибратора µ § ЁC длина плеча µ § ЁC расстояние от начала координат до произвольной точки µ § ЁC коэффициент фазы тока текущего по вибратору Как видно из формулы (1) распределение тока не зависит от толщины вибратора. В действительности двухпроводная линия и симметричный вибратор являются колебательными системами с распределенными параметрами, но они существенно различаются. распределенные параметры L и С длинной линии, по ее длине = сonst, а у симметричного вибратора по длине „j const. Рис. 16. Разомкнутая двухпроводная линия Рис. 17. Симметричный вибратор для двухпроводной линии ЁC ток изменяется по закону стоячей волны, формула (1) и в узлах равен нулю для симметричного вибратора ЁC ток не может быть распределен по закону (1), и в узлах не обращается в нуль Однако расчет поля симметричного вибратора в дальней зоне в предположении синусоидального распределения тока по вибратору дает хорошее совпадение с экспериментальными данными для тонких вибраторов µ §. Однако если будем рассчитывать µ § в ряде случаев приводит к неверным результатам. Здесь µ §, но это не так. При известном законе распределения тока по вибратору, легко установить приближенный закон распределения заряда, воспользовавшись законом сохранения заряда. Считаем, что вибратор тонкий a << l , тогда можно сказать, что существует одна составляющая µ §. Заряды, существующие на поверхности проводника, описываются уравнением: µ § (2) µ § ЁC поверхностный заряд на единицу длины. Решение уравнения (2) имеет вид, без учета фазы заряда: µ § (3) Приведем несколько распределений µ § и µ §по длине вибратора для различных µ § по формулам (1) и (3) а) б) в) Рис. 18. Распределение тока на тонком симметричном вибраторе разной длинны Направленные свойства симметричного вибратора. Ток µ § ЁC распределен по синусоидальному закону. Рис. 19. К вычислению поля создаваемого симметричным вибратором в дальней зоне Вибратор разделяется на большое количество участков µ §, так как µ §ЁC мало, то можно считать, что µ §. Выделим на плечах вибратора на расстоянии z от 0 ЁC элементарные участки µ §, те они расположены симметрично относительно 0. Определим поле создаваемое двумя µ § в точке М, в дальней зоне. Так как µ §, то можно считать, что µ §. µ § от µ § (1) µ § от µ § µ § ЁC амплитуда тока в точках 1 и 2 µ § ЁC расстояние от т.1 до т. М µ § ЁC расстояние от т.2 до т. М µ § ЁC угол между осью вибратора и направлением на точку наблюдения, так как векторы на точку µ § направлены по одной линии, то можно записать: µ § (2) Здесь µ §, где µ § ЁC ток в точках питания вибратора. Из т. 1 и 0 опустим перпендикуляры на направления µ § и µ §. µ §; µ § µ § µ § ЁC разность хода лучей µ § , µ § ЁC это условие говорит о том, что амплитуды полей, создаваемые каждым элементом одинаковые. Однако, разностью фаз (хода лучей) пренебрегать нельзя, так как пространственный сдвиг фаз между полями элементов 1 и 2 µ § определяется отношением разности хода лучей к µ §. µ § (3) µ § подставляя (3) в (2) получим: µ § (4) так какµ §, то (4) примет вид µ § (5) Возьмем интеграл µ § или µ § (6) µ § ЁC первый множитель не зависит от направления µ § ЁC АДН µ § ЁC ФДН Из выражения (6) видно, что симметричный вибратор обладает направленными свойствами только в меридиональной плоскости (плоскость электрического вектора) Напряженность электрического поля симметричного вибратора в его экваториальной плоскости (плоскость магнитного вектора µ §) µ § не зависит от углаµ §, то есть представляет собой окружность. Как видно из формулы (6) направленные свойства симметричного вибратора при синусоидальном распространении тока определяются только отношением µ §. В случае когда µ § (полуволновой вибратор) выражение (6) примет вид µ § Анализ выражения (6) показывает, что: а) излучение вдоль вибратора при любом отношении µ § ЁC отсутствует б) если µ §, то излучения, в направлении перпендикулярном оси поля, всех элементарных вибраторов максимальны и синфазны, а значит, в этих направлениях они складываются. Поле в данном направлении (µ § и µ §) максимально. Диаграмма направленности симметричных вибраторов. Рис. 20. Диаграмма направленности симметричных вибраторов с разным соотношением µ § Нормированная диаграмма направленности µ § Сопротивление излучения. КНД. Действующая длинна симметричного вибратора Мощность излучения симметричного вибратора µ § Эта формула связывает мощность излучения с квадратом тока через сопротивление излучения. Для определения воспользуемся методом вектора Пойнтинга. В соответствии с этим методом симметричный вибратор окружается сферой радиусом µ §, центр сферы совпадает с центром симметричного вибратора. Рис. 21. Сферические координаты площадки излучения µ § µ § µ § µ § µ § µ § Полагая µ § µ § µ § µ § После интегрирования получается формула, которую в 1924 году получил Баллангайн. µ §, где µ § постоянная Эйлера µ § ЁC интегральный синус µ § ЁC интегральный косинус (См. в Янке Е., Эмде Ф. «Специальные функции») Рис. 22.Сопротивление излучения тонкого симметричного вибратора, отнесенное к току в пучности, в зависимости от µ § µ § если µ §, то µ § если µ §, то µ § Входное сопротивление симметричного вибратора. Мощность, подведенная от генератора к симметричному вибратору делится на излучаемую, теряемую в самом вибраторе (омические потери, потери в изоляторах, окружающих металлический проводник и в земле). Излучаемая мощность характеризуется сопротивлением излучения µ §. Мощность потерь характеризуется сопротивлением µ §. Кроме излученного поля, есть еще колеблющееся вблизи антенны. Этому полю соответствует реактивная мощность. Эта мощность, то отдается генератором в пространство, то принимается генератором. Реактивная мощность характеризуется реактивным сопротивлением µ § Таким образом µ § для симметричного вибратора, как правило µ §, тогда µ § Рассмотрим полуволновой вибратор (µ §). Расчет ведут следующим образом. В вибраторе существуют потери, пусть µ §, тогда µ §, но этого не может быть, так как µ § в точке питания он конечен, значит и µ § ЁC конечно. Закон синуса тока ЁC справедлив для линии без потерь, а у нас существуют потери, значит закон не синусоидальный, а такой, какой бывает в линиях с потерями. Он соответствует закону гиперболического синуса: µ § где µ §, µ § ЁC коэффициент затухания и µ § ЁC коэффициент фазы. Поэтому при расчете µ § «коротких» вибраторов (µ § и µ §), то есть у которых узел тока находится от точек питания вибратора не ближе µ §, исходят из синусоидального распределения тока. При расчете µ § «длинных» вибраторов (µ §) следует исходить из распределения тока по закону µ §. Найдем формулу для расчета активной составляющей µ § µ § через ток в пучности µ § через ток в точках запитки µ § µ § Используя µ §µ §, получим µ § Значение µ § для данной длины находят из таблиц или графиков µ § для µ § При расчете µ § пользуются формулой входного сопротивления разомкнутой на конце двухпроводной линии без потерь, заменяя в ней волновое сопротивление линии волновым сопротивлением антенны (симметричного вибратора) µ § Таким образом µ § (7) µ § точность формулы (7) повышается с уменьшением толщины вибратора (уменьшается радиус провода). Зависимость входного сопротивления симметричного вибратора от величины отношения µ § и от µ § показаны на рисунках ниже. Рис. 22. Кривые активной и реактивной составляющих входного сопротивления тонких вибраторов в зависимости от µ § Об укорочении вибратора. Настройка µ § тем больше чем толще вибратор, чем толще вибратор, тем лучше диапазонные свойства это для µ § (340„i1000 Ом). Вибратор становится более широкодиапазонным и µ § уменьшается, которая определяется отношением связанной с вибратором реактивной энергии и излучаемой. µ § пучности узлы µ § µ § где А ЁC коэффициент пропорциональности При определении µ § симметричного вибратора, питаемого вблизи узла тока, полагая что µ §, можно получить следующие формулы. µ §; µ §; В случае параллельного резонанса (µ §) получаем µ §; µ § Случай последовательного резонанса. Питание вибратора в пучности тока, из формулы (7) получается µ § µ § µ § Ома Симметричный щелевой вибратор Для оценки эффективности работы антенны вводят понятие КПД антенны µ §, для увеличения µ § необходимо уменьшение µ §. Действующая длина симметричного вибратора. Определим µ § вибратора для любых направлений в экваториальной плоскости, то есть µ §. Воспользуемся формулой µ § (1) подставив в (1) уравнение µ §, получим µ § µ § ЁC координата Учитывая, что при µ § µ § µ § ЁC ток в точке запитки получаем действующую длину отнесенную к µ §: µ § Если µ § относить к µ § получаем µ § Зная µ § и µ § можно определить µ § с помощью выражения: µ § Для µ §ЁC вибратора µ § Для вибраторов малой длины µ §, µ § т.е. действующая длина равна половине его геометрической длине. Объясним µ § с точки зрения амплитудного распространения. µ § µ § µ § µ § µ § µ § имеет равноамплитудное значение по всей длине. Поэтому у вибраторов малой длины µ §. Направленное действие системы излучателей. Поле идентичных излучателей, одинаково ориентированных в пространстве (Теорема перемножения ДН). Направленное действие при излучении системы излучателей объясняется интерференцией полей, создаваемые отдельными излучателями. Вследствие этого диаграмма направленности зависит от: вида излучателя, расстояния между излучателями, длинны волны µ §, взаимного расположения излучателей, от размеров антенной системы, соотношения между амплитудами и фазами токов в излучателях, поляризационных свойств отдельного излучателя. µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § Напряженность поля в дальней зоне µ §излучателя µ § µ § Поляризация поля излучателя зависит от вида и расположения последнего в пространстве. Вектор напряженности поля, создаваемого всеми излучателями, будет равен геометрической сумме всех µ § векторов напряженностей полей, т.е. при суммировании полей в рассматриваемой точке необходимо учитывать ориентацию каждого вектора в пространстве (поляризацию), а также его амплитуду и фазу. Если рассматриваемая система состоит из излучателей различного типа, произвольно расположенных в пространстве, задача суммирования полей не может быть упрощена и в общем случае решение получается весьма громоздким. Однако для системы идентичных излучателей при одинаковой ориентации в пространстве общее выражение для результирующей напряженности поля несколько упрощается. В этом случае напряженность поля, создаваемого каждым отдельным излучателем системы в удаленной точке пространства, будет, в частности, характеризоваться одинаковой поляризацией. Поэтому амплитуду общей напряженности поля системы можно определить как сумму комплексных амплитуд составляющих µ § µ § Для рассматриваемой системы µ § µ § µ § Выражение µ § примет вид µ § µ §, где µ §- ток излучателя µ §; µ § Предположим, что излучатели являются абсолютно ненаправленными, т.е. что множитель µ §, тогда µ § Это выражение определяет напряженность поля в любом направлении (µ § зависит от углов µ § иµ §) Обозначим µ § µ § Тогда µ § Выражение µ § определяет диаграмму направленности системы излучателей, которые являются абсолютно ненаправленными. Множитель µ § не влияет на форму диаграммы направленности. Поэтому можно записать выражение для диаграммы направленности µ § Это выражение позволяет сформулировать так называемую теорему перемножения диаграмм направленности, которая гласит: диаграмма направленности системы из µ § идентичных и одинаково ориентированных направленных излучателей определяются произведением диаграммы направленности одиночного излучателя на диаграмму направленности той же системы из µ § воображаемых направленных излучателей. Эта теорема имеет очень важное значение для исследования сложных антенных систем. Поле линейной системы идентичных излучателей. Выражение µ § можно упростить в случае расположения излучателей вдоль прямой линии на одинаковых расстояниях друг от друга. Такая система излучателей называется линейной системой или линейной решеткой. Рис.23. Линейная система идентичных излучателей. µ § µ § µ § µ § µ § Подставляя µ § в µ § получим µ § Множитель µ § µ § является множителем решетки, определяющим диаграмму направленности линейной системы ненаправленных излучателей. Выражение µ § существенно упростится, если амплитуды токов будут одинаковы, а фазы у них изменяются по линейному закону. µ §, где µ §- угол сдвига фаз между токами соседних излучателей; т.е. предполагается, что µ §; µ §, µ §, µ § µ § Подставляя µ § в µ §, получим µ § µ § В выражение µ § входит сумма µ § членов геометрической прогрессии µ §, µ §. Сумма µ § членов геометрической прогрессии µ § µ § Подставляя выражение µ § в выражение µ §, получим µ § µ § µ § Выражение µ § является очень важным в теории антенн. Множитель µ § в показателе есть расстояние от середины антенной системы до точки наблюдения, а µ § определяет фазовый угол тока, соответствующего той же средней точке антенны. При указанных обозначениях выражение µ § можно переписать: |
Похожие:
 | Курсовой проект по курсу : Устройства свч и Антенны Зеркальные антенны являются наиболее распространённым типом антенн в космической связи и радиоастрономии, и именно с помощью зеркальных... | | Характеристика учителей по категориям Общая характеристика Муниципального общеобразовательного учреждения Мостовинской средней общеобразовательной школы |
| Экзаменационные билеты на классную квалификацию «спасатель» Билет... Билет №1 Вопрос 1: Боевая одежда пожарного. Назначение, устройство, характеристика | | 2. Характеристика профессиональной деятельности выпускника ооп бакалавриата 7 Общая характеристика вузовской основной образовательной программы высшего профессионального образования (бакалавриат) 5 |
| Урок 7 класс Тема: Подтип Черепные. Общая характеристика. Надкласс... Задачи: раскрыть особенности строения представителей подтипа Черепные, или Позвоночные; особенности строения представителей надкласса... | | Основная образовательная программа 4 Нормативные документы для разработки... Общая характеристика основной образовательной программы высшего профессионального образования 5 |
| Экзаменационные вопросы по дендрологии фитоценоз, его характерные... Общая характеристика семейства Маслинные. Морфо-экологическая характеристика и хозяйственное значение важнейших родов и видов | | Советы выпускникам Билет №1 Вопрос 1: Боевая одежда пожарного. Назначение, устройство, характеристика |
| Факультет Менеджмента Билет №1 Вопрос 1: Боевая одежда пожарного. Назначение, устройство, характеристика |  | Пояснительная записка Билет №1 Вопрос 1: Боевая одежда пожарного. Назначение, устройство, характеристика |
| Разработка урока биологии в 6 классе по теме «Общая характеристика водорослей» Разработка урока биологии в 6 классе по теме «Общая характеристика водорослей». Учебник «Биология», авт. Пономарева И. Н | | Название примерной учебной программы Билет №1 Вопрос 1: Боевая одежда пожарного. Назначение, устройство, характеристика |
| Обзо р состояния экономики и основных направлений внешнеэкономической деятельности финляндии Общая информация о Финляндии (политическое устройство, общая характеристика экономики) | | Краткая характеристика и содержание курса «английский в фокусе» 5-9... Программа предназначена для 5-9 классов общеобразовательных учреждений и составлена в соответствии с требованиями федерального компонента... |
| Темы по физиологии на 4 семестр 8 Общая характеристика системы пищеварения; сравнительная характеристика полостного и пристеночного пищеварения; пищеварение в различных... | | Материалы для подготовки к сдаче гиа и других экзаменов по информатике Билет №1 Вопрос 1: Боевая одежда пожарного. Назначение, устройство, характеристика |
