Назначение и антенн и их общая характеристика
Скачать 0.81 Mb.
|
Частный случай µ §, фазы итающих токов изменяются по линейному закону. µ §, где µ §- угол сдвига фаз между токами соседних излучателей; т.е. предполагается, что µ § µ § Подставляя µ § в µ § и учитывая, что амплитуды токов приняты равными 1, получаем 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: 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 § µ § Это выражение определяет собой диаграмму направленности линейной системы из µ § ненаправленных излучателей и является так называемым множителем решетки. µ §- - диаграмма направленности из µ §- ненаправленных излучателей. 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 § 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. а) Пусть µ §, µ §, тогда µ § Рис.88. 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. б) Пусть µ §, µ §, тогда µ § Рис.89. 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. в) Пусть µ § , µ §, тогда µ § Рис.90. 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 §. Параметры диаграммы направленности линейной антенной решетки. Рис.91. К расчету ширины диаграммы направленности линейной решетки при отклонении максимума от нормали. Воспользуемся формулой µ § Главный максимум диаграммы направленности ориентирован в направлении µ §, для которого суммарный фазовый сдвиг между полями соседних излучателей обращается в нуль, т.е. µ §, откуда µ §. С учетом этого выражения µ § µ § где µ §фиксированный угол, соответствующий направлению главного максимума диаграммы направленности. Выражение µ § позволяет проанализировать зависимость направленных свойств линейных антенных решеток из µ § изотропных излучателей от µ § µ § при любом положении диаграммы направленности. Ограничимся случаем: µ § µ § При этом диаграмма направленности в пределах µ § характеризуется одним главным лепестком и рядом боковых при сравнительно малых значениях угла µ §. При этом диаграмму направленности можно аппроксимировать диаграмму направленности функцией µ §; ошибка аппроксимации не меньше µ §. µ §, где µ §- длина решетки. Когда главный максимум перпендикулярен линии расположения излучателей (µ § - поперечное излучение), ширина главного лепестка на уровне µ § µ § - радианы. Если µ § - продольное излучение, то µ § и µ § т.е. с отклонением луча от нормали он расширяется и если взять µ §, то при поперечном излучении µ §, а при продольном излучении µ §, т.е. больше в 7 раз. Это существенный недостаток УБЛ При равномерном возбуждении УБЛµ §, что соответствует µ §. Дифракционные максимумы, как уже было отмечено, могут возникнуть в тех случаях, когда расстояние между соседними излучателями решетки µ §. Углы µ §, соответствующие дифракционным максимумам, можно найти при помощи соотношения µ § или µ §, где µ § Ближайший к нормали дифракционный максимум будет иметь при µ §. В этом случае получим µ § Направление дифракционных максимумов µ § и их число зависят от длины волны µ §, расстояния между соседними излучателями в решетке µ § и направления главного максимума µ §. Если µ §, то дифракционные максимумы отсутствуют при любых положениях главного максимума µ §. В этом не трудно убедиться, проанализировав выражение µ §. Действительно. Наименьшее абсолютное значение µ § получится при µ § и µ §. Но даже и в этом случае µ §, чего быть не может. Очевидно также, что при поперечном излучении µ § дифракционные максимумы могут возникнуть лишь в том случае, когда расстояние между соседними излучателями будет удовлетворять неравенству µ §. Если µ § дифракционный максимум появится лишь тогда, когда µ § превысит µ §, а при µ §- когда µ § станет большим µ §. µ § Способы подавления дифракционных максимумов: Уменьшать расстояния µ § Уменьшать диаграмму направленности излучателя. Использование неэквидистантной антенной решетки. µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § µ § Рис. 92. µ § ; µ § ; µ §. Способы электрического управления положением антенного луча. Электрическое управление положениям антенного луча может осуществляться а) фазовым и б) частотным методами. а) При помощи фазовращателей. Изменение фазового сдвига может быть плавным или дискретным. На практике применяются фидерные схемы антенных решеток. Различают: последовательные параллельные комбинированные фидерные схемы. Последовательная схема: Рис.93. Линейная решетка с последовательной схемой включения фазовращателей. В последовательных схемах используются, как правила, идентичные фазовращатели, при помощи которых создаются одинаковые фазовые сдвиги между токами в соседних излучателях. Если нужно отклонить антенный луч на некоторый угол, то следует изменить электрическую длину всех фазовращателей на одну и ту же величину, соответствующую этому отклонению. Питающий фидер здесь работает в режиме бегущих волн, а излучатели слабо связаны с фидером при помощи направленных ответвителей. Недостатки: Предъявляются высокие требования к системе управления. должна быть высокая стабильность работы фазовращателей. Большие потери. Неровномерность распределения мощности между фазовращателями. Параллельная схема: Рис. 94. Линейная решетка с параллельной схемой включения фазовращателей В параллельной схеме через каждый фазовращатель проходит лишь µ § часть излучаемой мощности, поэтому требования к допустимой мощности фазовращателей оказываются более низкими. Коэффициент полезного действия схемы примерно соответствует коэффициенту полезного действия одной параллельной ветви и, как правило, получается более высоким, чем в последовательной схеме. Схема не требует высокой стабильности фазовращателей. Недостаток: сложность системы управления. Комбинированная схема: Рис. 95. Линейная решетка с комбинированной схемой включения фазовращателей. Схема, показанная на рис.95, является комбинированной, так как в ней деление мощности осуществляется последовательно при помощи направленных ответвителей, а фазовращатели включены параллельно. Достоинством этой схемы является возможность осуществления независимой регулировки амплитудного распределения путем изменения коэффициентов связи в направленных ответвителях. Проходная схема: Рис.96. Проходная (а) и отражательная (б) схемы линейных антенных решеток. В проходных схемах общий разветвленный фидерный тракт отсутствует. Деление мощности здесь осуществляется при помощи слабонаправленной антенны и специальных приемных элементов. Мощность с выхода передатчика поступает в слабонаправленную антенну и излучателя ею преимущественно в ту часть окружающего пространства, где размещены приемные элементы решетки. Положение антенного луча, формируемого излучающими элементами решетки, определяются сдвигами по фазе между токами в этих элементах. Оно может быть изменено за счет воздействия на управляемые фазовращатели. Отражательные схемы отличаются от проходных тем, что в них излучающие элементы совмещены с приемными, а на месте излучающие элементов установлен отражающий экран. Благодаря этому энергия проходит через каждый фазовращатель дважды: в прямом и обратном направлениях. б) При частотном управлении меняется частота питающего решетку генератора. Это приводит к изменению сдвига по фазе между токами в излучателях решетки, в результате которого меняется положение антенного луча. Частотное управление является наиболее простым с точки зрения технического выполнения, но требует перестройки частоты передатчика в сравнительно широких пределах. Решетки с частотным управлением так же, как и решетки с фазовым управлением, могут быть построены по последовательной или параллельным схемам. На практике, однако, ввиду более простой конструкции и лучшего согласования с питающим фидером наиболее широко применяются решетки с последовательной схемой включения фазовращателей и определяется, как известно, фазовым сдвигом между токами в соседних излучателях µ §. Последний в свою очередь зависит от длины отрезка фидера µ §, включенного между соседними излучателями, и от длины волны в фидере µ §, и может быть представлен в виде µ §, где µ §целое число, выбираемое так, чтобы сдвиг по фазе µ § был меньше µ §. В соответствии с этим направление главного максимума определяется равенством µ § Из последнего выражения видно, что чем больше отношение µ § и µ §, тем сильнее будет отклоняться главный максимум при одном и том же изменении частоты питающего генератора. На практике для увеличения угла отклонения луча, вызванного изменением частоты, широкое применение находят свернутые и зигзагообразные волноводы, так как с их помощью можно получить отношение µ § большим единицы. Многолучевые антенные решетки. Антенные решетки, при помощи которых может быть сформирован ряд независимых друг от друга диаграмм направленности, называются многолучевыми. Схема многолучевой антенной решетки с пятью входами показана на рис.10. В ее состав входят решетка излучателей и диаграммаобразующая схема. Диаграммаобразующая схема служит для обеспечения независимого питания излучателей решетки через разные входы. При подключении передатчика к одному из входов схемы в излучателях решетки создается вполне определенное, свойственное лишь этому входу амплитудно-фазовое распределение диаграмма направленности. Подключение же передатчика к любому другому входу диаграммообразующей схемы вызывает изменение амплитудно-фазового распределения в излучателях решетки и соответственно формирование другой, отличной от предыдущей, диаграммы направленности. Рис. 97. Схема многолучевой антенной решетки. Как правило, диаграммообразующие схемы строятся таким образом, чтобы питание с любого входа обеспечивало равноамплитудное распределение, но каждому входу соответствовала бы своя фазовая характеристика. При переключении входов дискретно меняется сдвиг по фазе µ § между токами соседних излучателей. В соответствии с этим также дискретно меняется положение антенного луча в пространстве. Если, например, при питании с 1-го входа сдвиг по фазе между токами соседних излучателей равен µ §, а при питании со 2-го - µ § , то главные максимумы формируемых при этом лучей 1и 2 будут ориентированы под углами µ § µ § где µ §- расстояние между соседнеми излучателями решетки; µ §, µ §- углы, образованные направлениями главных максимумов 1-го и 2-го лучей с нормалью к решетке соответственно. В общем случае число входов диаграммообразующей схемы соответствует числу лучей, формируемых многолучевой антенной решеткой, а число входов схемы равняется числу излучателей решетки. Если многолучевая антенная решетка предназначена для работы в заданном секторе пространства, то она выполняется таким образом, чтобы соседние лучи пересекались примерно на уровне половинной мощности. Многолучевая антенная решетка является весьма универсальным устройством. Если она имеет µ § входов, то при одновременном их использовании формируется µ § независимых друг от друга лучей как в режиме передачи, так и в режиме приема, а при поочередном ЁC формируется один из лучей, соответствующий подключенному входу. На рис. 10(б) показана антенная решетка с пятью входами, при помощи которой обеспечивается формирование пяти независимых друг от друга диаграмм направленности. Для питания многолучевых антенных решеток применяются последовательные или параллельные диаграммообразующие схемы. Литература 1. Драбкин А. Л., Зузенко В. Л. Антенно-фидерные устройства. ЁC М.: Сов. Радио, 1998. 2. Ерохин Г. А. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. М.: "Радио и связь", 1998. 3. Кочержевский Г. И. Антенно-фидерные устройства. М.: "Радио и связь", 1998 4. www.kai5.ru |
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 |
