Назначение и антенн и их общая характеристика
Скачать 0.81 Mb.
|
µ § µ § Модуль выражения µ § определяет собой амплитудную характеристику направленности рассматриваемой системы направленных излучателей. Фазовый множитель выражения µ § µ § определяет фазовую характеристику системы, а следовательно, форму ее волновой поверхности (поверхности равных фаз). При сферической форме волновой поверхности ее центр называется фазовым центром антенной системы. µ §, где µ § µ § Это выражение определяет собой диаграмму направленности линейной системы из µ § ненаправленных излучателей и является так называемым множителем решетки. Выражение µ § определяет ненормированную диаграмму направленности системы из µ § ненаправленных излучателей, так как его максимальное значение отличается от единицы и равно µ § при µ §. Действительно, при этом выражение µ § превращается в неопределенность вида µ §. µ § µ § определяет максимально возможное значение выражения µ §. Поэтому нормированное значение этого выражения будет µ § В том случае, когда направление максимума диаграммы одиночного излучателя совпадает с направлением, для которого получается максимум множителя системы, можно написать выражение для нормированной диаграммы направленности системы направленных излучателей в виде µ § Рассмотрим несколько случаев. а) Два излучателя при разных фазовых соотношениях и расстояниях между ними. При µ § выражение µ § примет вид µ § Это выражение определяет диаграмму направленности двух ненаправленных излучателей, разнесенных на расстояние µ §, с токами, сдвинутыми по фазе на угол µ §. Рассмотрим несколько частных случаев. Пусть µ §, µ §, тогда µ § Рис.24. Горизонтальная диаграмма направленности двух синфазных вертикальных вибраторов, расположенных на расстоянии µ §. Такая антенная система, называемая синфазной µ §, характеризуется тем, что максимумы излучения получаются в направлении, перпендикулярном линии расположения излучателей. В этом направлении длина пути от каждого излучателя до точки наблюдения будет одинаковой. Поэтому векторы напряженностей полей, создаваемых каждым из вибраторов, будут в фазе, так как поля в указанном направлении будут запаздывать на одно и то же время относительно токов в вибраторах. Минимумы излучения (нули) получаются вдоль линии расположения излучателей. Это объясняется тем, что волны, излучаемые двумя синфазными источниками, в этом направлении проходят пути, отличающиеся между собой на половину длины волны. В результате волны, попадающие из источников в точку наблюдения, оказываются в противоположных фазах. Пусть µ §, µ §, тогда µ § Рис.25. Горизонтальная диаграмма направленности двух вертикальных вибраторов с токами в противоположных фазах. Рассмотренная антенная система, называемая иногда переменно-фазной µ §, характеризуется тем, что максимумы излучения получаются вдоль линии расположения излучателей, а минимумы (нули)- в направлении, перпендикулярном этой линии. Такая форма диаграммы направленности обусловлена интерференцией полей двух источников, подобной рассмотренной выше для синфазных излучателей. Пусть µ § , µ §, тогда µ § Рис. 26. Горизонтальная диаграмма направленности вертикальной антенны с рефлектором. Как видно из рис.4, диаграмма напоминает собой кардиоиду. Такая диаграмма является характерной для так называемой антенны с рефлектором (зеркалом). Волны, излучаемые антенной, как бы отражаются от рефлектора, расположенного позади антенны на расстоянии в четверть длины волны. Для того чтобы получилась указанная на рисунке кардиоидная диаграмма, амплитуды токов антенны и рефлектора должны быть одинаковыми, а ток в рефлекторе должен опережать по фазе ток в антенне на µ §. Взаимное влияние вибраторов. Введение. Теория одиночного симметричного вибратора в предположении, что он находится в пространстве, свободном от других излучателей, и настолько удален от земли, что ее влиянием можно пренебречь. вибратор используется редко Во многих случаях антенны состоят не из одного, а из ряда вибраторов, расположенных на сравнительно небольших расстояниях так, что между ними имеется заметная электромагнитная связь. Кроме того, большое число вибраторных антенн располагается непосредственно над поверхностью земли или неподалеку от нее, так, что земля оказывает влияние на параметры антенн. µ § µ § µ § µ § расстояние мало Влияние находящихся неподалеку вибраторов, а также земли сказывается в том, что сопротивление излучения, а также входное сопротивление вибратора будут отличаться от соответствующих сопротивлений одиночного вибратора так же, как сопротивление контура, связанного с другими контурами, отличается от сопротивления одиночного контура. Изменяется также и диаграмма направленности. Комплексные сопротивления системы вибраторов. Рассмотрим систему, состоящую из µ § связанных между собой излучателей. Для них можно записать следующую систему уравнений: µ §, µ §, µ § µ § µ §. Здесь µ §- комплексные напряжения и токи на зажимах µ §, µ § и µ § вибраторов. µ § - собственные сопротивления на зажимах µ §, µ § и т.д. вибраторов. µ §- взаимное сопротивление между µ § и µ § вибраторами; µ §- взаимное сопротивление между µ § и µ § вибраторами и т.д. Взяв отношение µ § в первом из равенств µ §, получим значение эквивалентного входного сопротивления на зажимах µ § вибратора: µ § µ § Подобные же выражения получаются и для других вибраторов. Полное комплексное сопротивление можно представить в виде суммы собственного сопротивления µ § и сопротивления µ §, вносимого остальными вибраторами в первый µ §, где µ §; µ §; µ § При равенстве токов вносимое сопротивление становится равным взаимному. Например, µ § при µ §, а при µ § µ §. Таким образом, взаимным сопротивлением двух вибраторов можно назвать сопротивление, которое вносится µ § вибратором в µ § (или наоборот), в случае, когда токи обоих вибраторов одинаковы по фазе и по амплитуде. Из системы уравнений µ § видно, что при заданных напряжениях на зажимах вибраторов и известных значениях собственных и взаимных сопротивлений могут быть определены все токи вибраторов. Если же токи вибраторов определены или заданы заранее, тогда с помощью выражений µ § могут быть найдены полные комплексные сопротивления вибратора. Взаимные сопротивления параллельных полуволновых вибраторов. Не приводя всех математических выводов, проделанных А. А. Пистолькорсом и В. В. Татариновым, приведем графики для активной и реактивной составляющих взаимного сопротивления линейных (тонких) полуволновых вибраторов с одинаковыми токами, расположенных параллельно друг другу на расстоянии µ §. Рис.27. Два параллельных полуволновых вибраторов, расположенных на одном уровне. Рис. 28. Кривая активной составляющей Рис. 29. Кривая реактивная составляющей взаимного сопротивления двух полу- взаимного сопротивления двух полу- волновых вибраторов в зависимости волновых вибраторов в зависимости от отношения µ §. от отношения µ §. Как видно из рис. 28, активное взаимное сопротивление принимает и положительные, и отрицательные значения. Случай отрицательного значения обозначает, что под влиянием электромагнитного поля, создаваемого током соседнего вибратора, в рассматриваемом вибраторе при неизменном токе происходит уменьшение мощности излучения и соответственно сопротивления излучения. При сближении вибраторов µ § взаимное активное сопротивление стремится к пределу µ §Ом, который представляет собой сопротивление излучения полуволнового вибратора от собственного тока или просто собственное сопротивление излучения. Как видно из рис.29, собственное реактивное сопротивление вибратора общей длиной µ § µ §Ом Таким образом, значение собственного сопротивления симметричного вибратора общей длиной µ § µ §Ом а взаимное сопротивление двух полуволновых вибраторов, расположенных, как показано на рис. 27, µ § , где оба слагаемых определяются их графиков рис. 28 и рис. 29. При расчете сложных многовибраторных антенн возникает необходимость определения взаимных сопротивлений параллельных вибраторов, сдвинутых относительно друг друга, как показано на рис. 30. Рис.30. Два параллельных полуволновых вибратора, расположенных на одном уровне. Симметричный щелевой вибратор. µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § На основании принципа двойственности по аналогии с элементарной щелью поле, создаваемое симметричной щелью, можно найти, если известно поле, создаваемое симметричным электрическим вибратором, имеющим одинаковую форму и размеры со щелью. Если в симметричном электрическом вибраторе ток изменяется по синусоидальному закону, то в щелевом µ § Поэтому в формулах для поля симметричного электрического вибратора µ § заменим на µ §, и учтем, то, что µ § ампер электрического тока создает такое же электрическое поле как µ § вольт напряжения в щели. µ § Из принципа двойственности и из данной формулы видно, что щелевой вибратор обладает направленными свойствами в своей меридиальной плоскости. Диаграмма направленности щелевого вибратора зависит от µ § и совпадает с диаграммой направленности симметричного вибратора. Вдоль оси щелевой вибратор не излучает. Максимум диаграммы направленности наблюдается вдоль нормали к оси щели. При µ § в экваториальной плоскости щель не обладает направленными свойствами. µ § µ § µ § µ §, где µ §- сопротивление излучения симметричного вибратора. µ §- проводимость излучения щели µ § комплексная величина. µ § комплексная проводимость щели. Щель обладает резонансными свойствами. Щель излучает в одну сторону. Проводимость излучения односторонней щели определяется по формуле µ §; µ § Питание вибраторных антенн. Для питания антенн в диапазоне ультракоротких волн открытые линии из-за антенного эффекта обычно не используются, а большей частью для этой цели применяется экранированный, в частности коаксиальный фидер. Рис. 31. Непосредственное подсоединение коаксиального фидера к симметричному вибратору. Непосредственное присоединение коаксиального несимметричного фидера к симметричной антенне нарушает симметрию токов в ней и приводит к появлению тока на наружной поверхности экрана фидера. При непосредственном соединении, как показано на рис. 31, выходное напряжение фидера возникает не только между входными зажимами симметричного вибратора, но и между одним из зажимов вибратора (правым на рисунке) и оболочкой фидера. Напряжение между зажимами вибратора вызывает в нем симметричные токи, замыкающиеся с одной половины на другую, как показано сплошными линиями на рисунке. Напряжение между правой половиной вибратора и экраном кабеля вызывает дополнительный ток, замыкающийся с этой половины вибратора на оболочку фидера, как показано пунктирными линиями. Появление тока снаружи экрана приводит к излучению фидера. Кроме того, нарушается симметрия токов в половинах вибратора. Все это заметно искажает диаграмму направленности антенны, что считается недопустимым. Поэтому для соединения коаксиального фидера с симметричной антенной применяются специальные переходные устройства, называемые также симметрирующими устройствами. Основная задача, которую они выполняют, заключается в обеспечении электрической симметрии каждой половины антенны относительно оболочки фидера. На практике применяется довольно большое количество подобных переходных устройств. Наиболее распространенные из них рассматриваются ниже. Рис. 32. Симметрирующее устройство типа «U-колено» µ § а) «U-колено». Схема симметрирующего устройства типа «U-колено» показана на рис. 32. Центральный провод коаксиального фидера присоединяется к зажиму А левой половины вибратора. От этой точки напряжение к зажиму Б правой половины вибратора подается через участок кабеля длиной µ §, где µ § ЎЄ длина волны в кабеле. Фаза напряжения на участке длиной µ § изменяет свой знак на обратный. Поэтому к зажимам вибратора подводится требуемое противофазное напряжение. Оболочки всех отрезков кабелей соединены между собой и заземлены. При указанной схеме питания обе половины вибратора совершенно симметричны относительно оболочки кабеля. U-колено является трансформатором сопротивления по той причине, что входное сопротивление нагрузки общего фидера (Ф) между точками A3 в четыре раза меньше, чем входное сопротивление вибратора на зажимах АБ. Схема U-колено может быть использована также для перехода с коаксиального кабеля на симметричный двухпроводный фидер, открытый или экранированный. К недостаткам рассмотренного переходного устройства относится то, что оно может применяться только при работе на одной волне или, точнее, в узкой полосе частот, так как геометрические размеры устройства связаны определенным образом с длиной волны. Рис. 33. Симметрирующее устройство типа «четвертьволновый стакан» б) «Четвертьволновый стакан». Переходное устройство типа «четвертьволновый стакан» показано на рис. 33. Металлический цилиндр («стакан») длиной в четверть волны охватывает с небольшим зазором внешнюю оболочку кабеля и припаян с нижней стороны к этой оболочке. Верхняя часть цилиндра не соединена с оболочкой и может быть закрыта диэлектрической шайбой. Внутренняя поверхность указанного цилиндра и наружная поверхность кабеля образуют четвертьволновую линию, короткозамкнутую на конце, входное сопротивление которой (на зажимах 2-3) при достаточно большом волновом сопротивлении этой линии будет очень велико. Таким образом, зажим 1 антенны изолирован от наружной оболочки кабеля непосредственно, а зажим 2 изолирован от оболочки (от точки 3) большим входным сопротивлением отрезка четвертьволновой линии. Следовательно, обе половины вибратора оказываются примерно в одинаковых условиях относительно оболочки кабеля и симметрия вибратора не нарушается. Сопротивление нагрузки для фидера (в точках 1-2) при точной настройке стакана остается примерно равным входному сопротивлению самой симметричной антенны. Рассмотренное переходное устройство так же, как и «U-колено», является весьма узкополосным. Рис. 34. Симметрирующая щель г) Симметрирующая щель. На рис. 34 показано переходное устройство в виде отрезка коаксиального фидера с двумя продольными щелями. Длина каждой щели равна четверти длины волны (µ §). Одна половина симметричного вибратора (левая на рисунке) присоединяется непосредственно к наружной оболочке кабеля; другая половина (правая) присоединяется одновременно к центральной жиле и к оболочке кабеля. При таком соединении каждая половина вибратора оказывается совершенно симметричной относительно оболочки кабеля вследствие чего не нарушается симметрия токов в половинах вибратора. А вследствие того, что длина расщепленного участка оболочки составляет четверть волны, входные зажимы симметричного вибратора изолированы от сплошной оболочки фидера. В рассмотренном переходном устройстве симметричное возбуждение сохраняется не только на резонансной волне µ § но и при изменении длины волны. В последнем случае, однако, ухудшается согласование между коаксиальным фидером и вибратором. Тем не менее указанное переходное устройство является более широкополосным, чем «U-колено» или «четвертьволновый стакан». Сопротивление излучения вибратора. Сопротивление излучения является одним из основных параметров проволочной антенны. Сопротивление излучения это коэффициент, связывающий мощность излучения антенны и квадратом действующего значения тока. |
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 |
