Назначение и антенн и их общая характеристика
Скачать 0.81 Mb.
|
Условие равенства 1-го и 2-го оптических лучей µ § µ § µ § µ § µ § ЁC уравнение эллипса записанное в прямоугольной системе координат. В полярной системе координат. Это равенство по электрической длине (по равенству фаз) µ § µ § µ § µ § µ § ЁC уравнение эллипса в полярной системе координат. Замедляющая линза. Рис. 60. Замедляющая линза. µ § откуда µ § ЁC это уравнение гиперболы, оно определяет профиль замедляющей линзы. Уравнение в полярной системе координат µ §, µ § находим µ § µ § µ § µ §. Ускоряющие металлические линзы. µ § или µ §. Среду с такими параметрами легко создать. Мы уже рассматривали ЁC прямоугольный волновод. Если на пути электромагнитной волны поставить параллельно вектору µ § ряд металлических пластин, отстоящих друг от друга на расстоянии а, больше, чем µ §, то фазовая скорость распространения волны как и для волновода, определяется выражением µ § Коэффициент преломления равен µ § Пределы изменения µ § µ § µ §. Одинаково во избежание появления высших типов волн µ §, таким образом µ § µ § µ §. С другой стороны при фиксированном а, можно менять ширину пластин µ §, изменяя тем самым отрезок пути, пройденный волной с повышенным µ §. Рис. 61. Линзы из параллельных металлических пластин. Ширина может меняться как от пластины к пластине, так и вдоль самой пластины. В первом случае все пластины прямоугольны, но различной ширины, во втором случае они одинаковые, но имеют профиль как на рис. 00. Рис. 62. Первый случай. Н ЁC линза. Рис. 63. Второй случай. Е ЁC линза. Такие линзы называются металлопластинчатой или металлической. Если профиль линзы расположен в плоскости Н электромагнитного поля, то эта линза Н, если в плоскости Е, то ее называют Е ЁC линзой. Эти обе линзы трансформируют цилиндрическую волну в плоскую. Профиль обеих линз описывается одним и тем же уравнением для ускоряющих линз. В общем случае, когда необходимо трансформировать сферическую волну в плоскую, профиль линзы должен иметь форму части поверхности эллипсоида вращения, образованного вращением эллипса вокруг оси х. Для Н ЁC линзы можно. a ЁC соnst, b ЁC var или b ЁC const, a ЁC var n ЁC const, b ЁC var b ЁC const, a ЁC var Выбор фокусного расстояния и коэффициента преломления металлических линз. Из формул следует, что µ § зависит от µ §, µ §, µ §. Связь между ними найдем, подставив в уравнение значения µ §, µ § и решив относительно µ §, получим µ § или µ § Рис. 64. Зависимость относительной величины фокусного расстояния от относительной толщины металлической линзы при различных коэффициентах преломления. Для уменьшения отражения необходимо чтобы µ §. Кривые имеют минимум. Для каждого п существует такое µ §, что ни при какой толщине оно не может быть меньше. С уменьшением µ § увеличивается µ §, так как при конструировании стремятся µ § сделать минимальным, то вопрос решается компромиссом. При заданном µ § по графикам находят µ § и µ § наиболее приемлемые для данного случая. Из графика видно, что при меньших µ § получается меньшее µ §. Если µ § будет сильно отличаться от 1, то возникнут заметные отражения от обеих поверхностей линз, из-за большого различия электрических параметров двух сред (воздух-линза). По этой причине вопрос о выборе µ § решение также компромиссно, между обеспечением малого коэффициента отражения и малыми габаритами. Выбирают µ §, что составляет µ § Зонирование линз. Зонирование приводит к появлению необлученных вблизи ступенек частей поверхности линзы. Рис. 65. Вредные зоны в зонированной линзе Они уменьшают коэффициент поверхностного раскрыва линзы, то есть уменьшают эффективную поверхность и вызывают увеличение УБЛ. Другими словами существует проблема и ее надо решить. Один из путей решения этой проблемы. Рис. 66. Зонированная линза, не имеющая вредных зон µ § µ § ЁC пр-во металлопластиковой линзы µ § ЁC воздух более плотная оптическая среда Т.к. лучи падают нормально окружностям, преломление лучей в т. 1,2,3. Для того чтобы 1 и 2 были параллельными при данных µ §и µ § кривая теневой стороны линзы должна иметь профиль гиперболы. Таким образом, вредные зоны устраняются. Полоса пропускания линзовых антенн. Металлопластиковые линзы принципиально являются узкополосными антеннами. Это связано с тем, что коэффициент преломления линзы µ § сильно зависит от рабочей длины волны µ §. Эта зависимость имеет вид. Рис. 67. Зависимость коэффициента преломления п от длины волны µ § При отклонении µ § от рассчитанного µ § изменяется, вследствие чего в раскрыве появляются фазовые искажения. Относительная µ § в % гладкой линзы выражаются формулой µ § Здесь индекс нуль означает, что соответствующие величины берутся на расчетной частоте µ §. Обычно максимально допустимые фазовые искажения (µ §)на краю линзы принимаются равными µ §. Тогда µ § Для зонирования линзы, положив, µ § имеем µ § Здесь µ § ЁC ширина последней ступени, приближенно равная µ §, а µ § ЁC число ступеней. µ § Рис. 68. Зависимость относительной полосы пропускания от относительной толщины гладкой линзы (сплошная кривая) и от числа ступеней зонированной линзы (пунктир). Поле в раскрыве и поле излучения ускоряющей линзы. Для того чтобы найти поле излучения, необходимо найти поле в раскрыве линзы. Поле в раскрыве получается синфазным. Необходимо выяснить вопрос о распределении амплитуд в раскрыве. Для этого обратимся к рисунку Рис. 69. К нахождению распределение амплитуд поля в раскрыве металлической линзы Здесь µ § и µ §. Облучатель считается ненаправленным, то в одинаковых секциях µ § будет сосредоточено одинаковое количество энергии. После преломления она будет распределяться в различных секторах, разного сечения µ § и, следовательно, плотность потока электромагнитной энергии будет повышаться к краям линзы по мере увеличения угла µ §. Найдем количественные соотношения, определяющие указанное возрастание потока к краям линзы. Возьмем для рассмотрения цилиндрическую линзу в ней распределение энергии будет изменятся обратно пропорционально изменению величины µ §. Перейдя к пределу, находим, что плотность потока мощности будет изменяться обратно пропорционально производной µ §. Из рисунка видно, что µ §и учтя, чтоµ § мы получим µ §; Плотность потока мощности обратно пропорциональна µ § и определяется выражением µ § µ § ЁC коэффициент не зависящий от µ § ЁC волновое сопротивление фронта µ § ; где µ § С учетом направленных свойств облучателя, распределение амплитуды поля в раскрыве линзы будет µ § µ § ЁC ДН облучателя Рис. 70. Распределение амплитуд поля в раскрыве цилиндрической линзы: а ЁC ненаправленный излучатель; б ЁC направленный излучатель с ДН µ §, где µ §, и ослаблением первичного поля на краях линзы на 10 дБ Линзы с широкоугольным сканированием луча в пространстве. В ряде случаев требуется обеспечить качение главного лепестка ДН в широком угле. Для этой цели можно: перемещать всю линзовую антенну на требуемые углы перемещать облучатель относительно линзы перпендикулярно оси линзы Пункт 2. Позволяет перемещать ДН в пространстве без искажений в области углов µ §. При дальнейшем отклонении луча в пространстве луч отклоняется, но очень сильно искажается. Для того чтобы эти искажения были минимальными применяются специальные линзы. Цилиндрическая линза. Сферическая и цилиндрическая линза Люнеберга. 1944г. Люнеберг предложил линзу, которая представляет собой сферу из радиопрозрачного материала с переменным коэффициентом преломления. Облучатель (обычно небольшой рупор) располагается на поверхности сферы. Коэффициент преломления такой линзы должен изменятся по закону µ § µ § ЁC радиус сферы µ § ЁC расстояние от центра сферы до точки наблюдения в сфере µ § когда µ § т.е. линза согласована с внешним пространством В радиальном направлении коэффициент преломления изменяется, повышаясь до значения µ § в центре сферы. Рис. 71. Сферическая линза: а ЁC линза, образованная из шаровых сегментов; б ЁC траектория лучей в линзе. Расчет поля излучения сферической линзы производится как для синфазной круглой площадки с µ §. Распределение в таком эквивалентном отверстии амплитуд близко к равномерному. Рассмотренная линза обладает сферической симметрией. Перемещая облучатель по поверхности линзы можно обеспечить поворот неискаженной ДН на любой угол. Кроме шаровых, возможны также цилиндрические линзы с переменным коэффициентом преломления (п). Для этих линз коэффициент преломления должен изменится по закону µ § ЁC расстояние от оси цилиндра µ § ЁC радиус цилиндра Рис. 72. Продольное сечение одного из образцов цилиндрической линзы Цилиндрическая линза состоит из двух круглых металлических пластин, образующих основания цилиндра, пространство между которыми заполняется диэлектриком. Линза возбуждается прямоугольным волноводом с волной типа µ §, причем электрический вектор µ § параллелен пластинам. Изменение п по радиусу достигается путем изменения «b». Зависимость «b» от может быть найдена следующим образом µ §; µ § Приравнивая µ § находим µ § Раскрывом цилиндрической линзы Люнеберга является часть боковой поверхности цилиндра, противоположная точке облучения, имеющая ширину b и длину µ §. Рис. 73. Сферическая линза Применение линзовых антенн. Линзовые антенны, несмотря на ряд ценных качеств (возможность получения высокой направленности излучения при малом уровне побочных лепестков), пока еще находят ограниченное применение. В настоящее время они применяются, главным образом, в радиорелейных линиях связи. Основным недостатком являются их высокая стоимость, связанная с высокой точностью изготовления и относительная сложность конструкции. Однако они представляют большой принципиальный интерес. Не исключена возможность, что в дальнейшем они найдут более широкое применение. Зеркальные антенны. Общие сведения и принципы действия. Зеркальными антеннами называются антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального профиля. Источником электромагнитной волны обычно служит какая-нибудь небольшая элементарная антенна, называемая в этом случае облучателем зеркала или просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны. Зеркало обычно изготавливается из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало делается не сплошным, а решетчатым. Наиболее распространенным является зеркала в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специальной формы. Рис. 74. Основные типы зеркальных антенн Рис. 75. Рассмотрим принцип действия зеркальных антенн. Электромагнитная волна, излученная, достигнув проводящей поверхности зеркала, наводит на ней токи, которые создают вторичные поля, обычно называемые полями отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу, в направлении зеркала, то есть должен быть однонаправленным. В раскрыве антенны µ § обычно имеет плоский фронт для получения острой ДН либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной формы (например, типа cosecµ §). На µ §и диаметром зеркала волна становится сферической. µ § µ § ЁC нормированная ДН сформированная зеркалом. Преобразование сферической и цилиндрической волны в плоские при помощи зеркал. Необходимо определить какую форму должно иметь зеркало для преобразования сферической и цилиндрической волны в плоскую. Решение этой задачи приведем с использованием метода геометрической оптики. Рис. 76. К выводу уравнения профиля зеркала µ § µ § µ § µ § µ § µ § ЁC Уравнение параболы в полярной системе координат Следовательно, поверхность зеркала должна быть поверхностью параболоида вращения, образованного вращением параболы вокруг оси z. Точеный источник сферической волны должен помещаться в фокусе F параболоида. Двойное фокусное расстояние 2f называют параметром параболоида. Обозначим µ §. Тогда µ § Приведенные выкладки полностью применимы и для нахождения профиля зеркала, преобразующего цилиндрическую волну в плоскую. Очевидно, в этом случае поверхность зеркала должна быть не параболоидом вращения, а параболическим цилиндром, и линейный облучатель, являющийся источником цилиндрической волны, должен располагаться вдоль фокальной плоскости зеркала. Геометрические характеристики и основные свойства параболоидного зеркала. Основные свойства параболоида: Нормаль к поверхности параболоида в любой точке µ § лежит в плоскости, содержащей ось z, и составляет угол µ § с прямой, соединяющей эту точку с фокусом F. Любое сечение параболоида плоскостью, содержащей ось z, является параболой с фокусом в точке F. Кривая, получающаяся при сечении параболоида плоскостью, параллельной оси z, является также параболой с тем же фокусным расстоянием f. Рис. 77. Траектория падающих и отраженных от параболоида лучей. Из первого свойства следует, что для анализа вопросов отражения волн от поверхности зеркала и наведения в них на нем токов, можно ограничится рассмотрением любого сечения зеркала плоскостью проходящую через ось z, либо параллельную ей. Кроме того, из второго свойства следует, что для контроля точности изготавливается параболоида достаточно иметь только один шаблон. В заключении приведем некоторые определения и соотношения, характеризующие параболическое зеркало. Поверхность, ограниченная кромкой параболоида и плоскостью µ § называется раскрывом зеркала. Рис. 78. Геометрические характеристики параболоидного зеркала. µ § ЁC радиус раскрыва µ § ЁC угол раскрыва зеркала Форму зеркала удобно характеризовать либо µ §, либо величиной половины угла раскрыва µ §. Методы расчета поля излучения. Расчет электромагнитного поля излучения зеркальных антенн может производится двумя методами. 1. Метод называемый апертурным: состоит в том, что первоначально находится поле в раскрыве зеркала (в апертуре), а затем, путем использования принципа эквивалентных токов, находится поле излучения, создаваемое этим раскрывом. Поле в раскрыве находится с помощью законов геометрической оптики, т.е. на основе представлений о падающим и отраженном лучах. µ § µ § µ § µ § µ § Рис.89 Этот метод берем если радиусы кривизны и радиусы раскрыва много больше длины волнны. 2. Второй метод состоит в том, что первоначально находятся токи на освещенной поверхности зеркала. Эти токи определяются через поле, создаваемоц отличителем по формуле µ §, µ § где µ §- вектор плотности поверхостных токов, µ §- вектор направленности магнитного поля падающей волны у поверхности зеркала, µ §-орт внешней нормали к поверхности зеркала. Формула верна µ § лишь для случая падения плоской волны на бесконечно проводящую плоскость. Зеркало же является криволинейной поверхностью конечных размеров. Однако, если же выполняются условия, в первой задаче, то ошибка в расчетах будет мала, т.е. если радиусы кривизны и радиус раскрыва зеркала много больше длины волны. |
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 |
