Лекции по антеннам

121

Zвх 2U , т.е. ZСВА 2ZНВА.

J

Введение нагрузки позволяет уменьшить длину антенну по отношению

К 4 .

Турникетная антенна.

Она изображена на рис. 9.5. Такие антенны широко используются в телевизионных центрах. Телевизионные антенны должны быть ненаправленными в азимутальной плоскости. В вертикальной плоскости иметь высокую направленность, чтобы max КНD был в азимутальной

плоскости. Поляризация должна быть горизонтальная, т.к. основные помехи на УКВ (промышленные установки) излучают поле с вертикальной

поляризацией и имеют в основном отраженные от разных строений элементарные волны. f должна быть достаточно широкой, а антенна -

хорошо согласованной с полосой частот, механически очень прочной, иметь надежную грозовую защиту. Для этих целей используется турникетная антенна, т.е. антенна с крестообразным расположением элементов (2

взаимоперпендикулярных вибратора одинаковой длины, возбуждаемые со

сдвигом фаз токов в них на 900 ). Изучаемое поле для них описывается выражениями:

122

часовой стрелки, совершая один оборот за период колебаний, если смотреть с положительной полуоси Z из бесконечности. Тогда составляющие поля принимают вид

горизонтальной плоскости. Вибраторы, находящиеся в одной вертикальной плоскости, возбуждаются одним фидером, а в другой вертикальной плоскости - другим, причем один фидер длиннее другого на 4 , что обеспечивает сдвиг фаз токов в вибраторах, равный 900 .

123

Спиральные антенны

Спиральные антенны с вращающейся поляризацией поля используются в диапазоне СМ и ДМ волн. Они относятся к классу антенн бегущей волны и

представляют собой металлическую спираль, возбуждаемую обычно

коаксиальной линией. Существуют различные виды спиральных антенн:

цилиндрические, конические, плоские.

Один конец спирали присоединяется к внутреннему проводнику коаксиального кабеля, а наружная оплетка к экрану, диаметр которого порядка . h - шаг намотки; -угол намотки; d -диаметр; L -осевая длина спирали; l -длина витка; N -число витков.

Рис.10.1

Из рисунка следует:

оси спирали здесь каждый виток спирали подобен рамке

(магнитному диполю).КНД –мало, входное сопротивление малое – этот режим используется редко.

-соотношение между l и h необходимое для создания круговой поляризации

Направление вращения вектора Е (правая или левая поляризация)

совпадает с направлением намотки спирали .При выполнение, сдвиг фазы поля между соседними витками равен 2 и поле max на оси.

Однако,КНД = max, когда фаза поля возбуждаемая последним элементом антенны, отстает на от фазы поля, возбуждаемая первым элементом.

Тогда фаза поля каждого: последующего витка должна отставать на N , т.е:

отличаются.

Спиральная антенна не принимает «собственную отраженную волну», т.е.

волну с противоположным направлением вращения. Это свойство полезно для уменьшения реакций зеркала на облучатель, однако оно может существенно осложнить прием отраженного от цели сигнала. Поле линейной поляризации принимается спиралью с любым направлением намотки. Если требуется принять сигнал с любым направлением

127

и при малых слабо влияют на результирующуюДН. ДН определяется в основном множителем решетки, который, если пренебречь затуханием бегущей вдоль спирали волны определяется соотношением :

электрической длиной витка; h cos разность хода лучей.

Условно max излучения в направлении 0 будет:

Фазовый центр у спиральной антенны отсутствует. Условный фазовый центр для телесного угла, включающего главный лепесток и ближайшие к нему боковые лепестки, находится приближенно вблизи геометрического центра спирали.

Диапазонность спирали

При изменении f (частоты) VФ -меняется, но условие (10.2) выполняется приближенно в широком диапазоне частот. Входное сопротивление в режиме осевого излучения относительно постоянно, имеет почти активные характеристики.

Реактивная часть входного сопротивления лежит в пределах X ВХ (10...20)Ом .

Для получения более узких ДН применяют синфазную

Рис.10.6

решетку спиральных излучателей (рис.10.6). Такие антенны используются в частности, в станциях слежения за ИСЗ.

Конические спиральные антенны.

Обладают лучшими диапазонными свойствами, чем цилиндрические спиральные антенны. На рабочей длине волны часть

витков («рабочая область»),

Рис.10.7

излучения.

Остальные витки осевого излучения не создают и несколько искажают ДH

антенн. При измерении «рабочая область» перемещается вдоль спирали и в диапазоне волн, в пределах которого «рабочая область» не выходит за границы спирали, такая антенна работает в режиме осевого излучения.

129

коническая спираль антенны создает более широкую ДН, т.к. она формируется лишь витками «рабочей области». Условная фазовый центрнаходится примерно в середине «рабочей области» и перемещается при измененный .

Плоские спиральные антенны.

Различают : а) Архимедову (арифметическую);

б) логарифмическую (равноугольную);

в) плоские спиральные антенны (рис. 10.8).

Архимедова спираль описывается в полярных координатах , уравнением:

где а и b - const.

Логарифмическая спираль (Рис. 10.8) описывается уравнением:

Спиральные антенны могут быть однозаходные, двухзаходные и

многозаходные.

Если ветви спирали возбуждается в противофазе, то возникает режим осевого излучения. В свободном пространстве плоская спиральная антенна излучает

130

в обе стороны. Для получения однонаправленного излучения можно разместить ленточную спираль на одной стороне диэлектрической пластины,

металлизированной с другой стороны или расположить спираль в раскрыве металлизированного резонатора. Поляризация поля плоских спиральных

антенн круговая, а при отклонении от осевого направления эллиптическая.

У логарифмической спирали К Д доходит до 20, но трудно выполнить с соответствующей точностью кромки ветвей спирали. Архимедова спираль менее диапазона, но проще в изготовлении.

1.Достоинства: поле вращающейся поляризации, высокая диапазонность по

направленным свойствам, Z ВХ ,поляризационным свойствам, простота конструкции. Активный характер входного сопротивления.

2.Недостатки: высокий УБЛ, громоздкость для больших , трудность формировании узких DH( 250 ) при помощи одной спирали. Не принимает

«собственную отраженную волну».

Щелевые антенны.

Представляют собой узкие щели, прорезанные в стенке волновода, резонатора коаксиального кабеля,

полосковой линий. Ширина щелей составляет

(0,03…0,05) , длина около полуволны. Щели прорезаются так, чтобы они пересекали линии поверхностного тока, текущего по внутренней стенке волновода или резонатора.

Возможны различные положения щелей. (Рис. 11.1).

Рис.11.1

Идея использования щелевых излучателей принадлежит Бонч-Бруевичу и М.С Нейману.

Существенный вклад в теорию щелевых антенн внесен М.А. Пистолькорсом и особенно Я. Н.

Фельдом.