Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

7-9 Экспериментальные диаграммы направленности в плоско-

сти Н уголковых антенн с рефлекторами различной длины и шири-

ной L=2%.

Л/А,=5,

а=50°, SA=0,6; Я/Л=3, а=55°, SIX=0,55;1

«Д=2,

а =

60°,

5/Л-0.5; - Щ\=1, а =

94°,

S/A,=0,3;

ЯД=о,5,

а=125°, S/X-0.2.

Рис.

7-10 Экспериментальные диаграммы направленности в плоско-

сти Е уголковых антенн с рефлекторами разной ширины и длиной

Я = 5А.

L/l=5,

а=45°,

S/l=0J;

1Д=4, а=45°, SA=0,7;

ЦК=г, а=45°, Slk

0J; — L/X=2, а=50°, SA = 0,6;

1Д-1,

а=55°, SA=0,55.

341

стоянии S, определяемом по кривым 1 на рис. 7-6. Так,

для угла раствора 45° оптимальным является значение

S/X

0,7,

для а =

30°

5/?„=1,0. В свою очередь для каж-

дой комбинации длины и ширины уголкового рефлекто-

ра имеется оптимальный угол раствора а (рис. 7-7). На

рис.

7-8 построены экспериментальные кривые постоян-

ного усиления в зависимости от длины и ширины реф-

лектора при оптимальных углах раствора и оптималь-

ном положении облучателя. Таким образом, по заданно-

му коэффициенту усиления можно выбрать минимальные

размеры рефлектора, используя графики ,рис. 7-8. Затем

находят оптимальные значения угла раствора по графи-

ку рис. 7-7 и положение облучающего вибратора по

графику рис. 7-6. Положительным свойством уголковой

антенны является малый уровень побочного излучения,

количественная оценка которого производится по экспе-

риментальным ДН, показанным на рис. 7-9 и 7-10.

7-2.

УГОЛКОВАЯ АНТЕННА С НЕСИММЕТРИЧНЫМ

ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Для формирования несимметричных диаграмм на-

правленности и отклонения максимума диаграммы от

оси уголковой антенны используется режим несиммет-

ричного возбуждения. При этом облучающий вибратор

вынесен в сторону от биссекториалыюй плоскости, т. е.

уфа/2 (см. рис. 7-1). Формула для ДН в плоскости Н

несимметрично возбужденной уголковой антенны с бес-

конечными гранями записывается следующим образом:

СО

I!1T.

(

)

™

(feS)

ЬШ

•

(

)

171=1

где угол б отсчитывается от той грани рефлектора, от

которой отсчитывается угол у (см. рис. 7-1). Ана-

лиз формулы (7-7) показывает, что ДН уголковых

1 яо°

антенн с углами раствора a =• (я=1, 2, 3 ...) симмет-

ричны относительно биссекториалыюй плоскости незави-

симо от расположения возбуждающего вибратора. Рас-

четные диаграммы для антенн с углом a =

60°,

иллюстри-

рующие это обстоятельство, см. на рис. 7-11. При конеч-

ных размерах граней уголкового рефлектора симметрич-

ность ДН также сохраняется, если расстояние от верши-

ны до возбудителя намного меньше длины граней.

342

При других углах раствора, особенно при выполне-

нии условия а= 18072/г («=1, 2, 3 ...), смещение облу-

чающего вибратора в сторону от биссекториальной пло-

скости сопровождается изменением формы ДН и откло-

нением максимума от оси. Отклонение лепесгка ДН

происходит за счет возбуждения несимметричных гармо-

ник. Соотношение между амплитудами гармоник можно

регулировать либо изменением угловой координаты воз-

Рис

7-111.

Диаграммы направленности угол-

копой антенны с углом раствора а =

60°

при

значении угла

Y=15°

И различных значе-

ниях kS.

AS=4,1;

kS=i,7,

fcS = 5,4;

—

kS = b,2S.

буждающего впбраюра (множитель sin-™-], либо из-

менением радиальной координаты [множитель J

mrc

(kS)].

ос

Первый способ эффективен для больших углов раствора

а =

90—120°.

На рис. 7-12 показано качание луча в угол-

ковой антенне с углом раствора а =

90°

при различных

значениях угловой координаты облучателя.

При углах раствора, близких к 120°, возможно фор-

мирование ДН с явно выраженным косекансным спадом

(рис.

7-13). Конструкция протяженной уголковой антен-

ны с косекансной диаграммой в плоскости, перпендику-

лярной граням, показана на рис. 7-14. Здесь сплошными

линиями показано выбраторное возбуждение рефлекто-

ра, а штриховыми — щелевое.

343

Форма ДН уголковых антенн с малыми углами рас-

творов в сильной степени зависит и

от

угловой и от ра-

диальной координаты облучающего вибратора. Это мо-

жет быть показано на примере уголкового зеркала

Рис.

7-12. Диаграммы направленности уюл-

ковой антенны с углом а=90° и kS=4 при

различных углах у.

с углом а =

22,5°.

При таком угле раствора амплитудные

коэффициенты ряда (7-7) выражаются посредством про-

изведений Jsm(kS) sin8my>

m=\, 2, 3 ... На рис. 7-15

О 10 20 J0 40 50 60 70 80 90 100 110град

Рис.

7-13. Диаграммы направленности угол-

ковой антенны с углом раствора а=120°

при различных значениях у1ла у.

построены графики функции Бесселя /s, /i6, hi, hz в за-

висимости от kS. Используя эти графики и формулу для

ДН, можно заключить, что при &S<11,5 диаграмма сим-

метрична относительно биссектрисы, поскольку опреде-

ляется только одним членом ряда (кривая 1 на

рис.

7-16). Область, характеризуемая значениями kS =

= 11,5-^-12,5, неприемлема для возбуждения. Если облу-

чающий вибратор помещен на таком расстоянии S от

344

вершины, что k$=\3—

15,

то при различных Значениях

будет иметь место слабый поворот максимума ДН. При

kS=\7,8 и Y=10° лепесток ДН отклонен от оси уголко-

вой антенны и пересечение диаграммы с осью происхо-

Рис. 7-14 Конструкция протяженной уголковой

антенны с косеклпсцой ДН

дит на уровне 0,5 по мощности (кривая 2 на рис. 7-16).

Такую ДН можно формировать в широкой полосе ча-

стот, если облучающий вибратор поместить в точку с ко-

Рис 7-15 График функций Бесселя первого рода

8, 16, 24, 32-го порядков

ординатами Y~10° и S=\7,8/k. Действительно, из

рис.

7-15 видно, что функции Бесселя

и /i

изменяются

в окрестностях точки /eS=(17,8 почти идентично. Выбрав

Y=10

можно установить соотношение между амплитуд-

ными коэффициентами для 1-й и 2-й гармоник, приблизи-

тельно равное двум и обеспечивающее необходимый

уровень пересечения диаграммой оси. При помещении

345

вибратора в точку с координатами

•\'^Ю

и S= 17,8/fe

диаграмма направленности стабильна в пределах изме-

нения kS = ~ S or 17 до 18,5 (см. кривые 2 и 3 на

рис.

7-16). При больших значения kS ДН будет опреде-

-12 -в -« 0 и Й 12

град

Рис.

7-16. Диаграммы направленности

уголковой антенны с углом а— 22,5°;

—

kS= 10, т = 8,5°,

—45

—17,8,

к = 10";

5 —AS = 17 или AS =

5, т = 10°,

~ *

= 21,75, i = 9,5°, 5~kS = 22, т =

°-

0 -8-1 0 '

"й град

Рис.

7-17. Диаграммы направленности

уголковой антенны с углом раствора

а =22,5° при качании частоты

Слева направо значении кЧ равны соответ-

ственно, 20,2-, 20,5, 20,8, 21,1, 21,4, 21,7, 22

346

ляться тремя членами ряда (7-7). В этом случае появ-

ляется возможность формирования диаграмм специаль-

ной формы. Так, для

/eS

21,75

9,5°

диаграмма на-

правленности представляется кривой 4 на рис. 7-16, для

= 22

— кривой 5 на том же рисунке. При зна-

чениях kS>22,5 диаграммы направленности получаются

изрезанными и многолепестковыми.

Для приложений может оказаться полезным одно

свойство несимметрично возбужденной уголковой антен-

ны,

вытекающее из свойств функции Бесселя. Обра-

щаясь к графикам на рис. 7-15, можно заключить, что

при kS^2l функция /i6 проходит через нуль, a

— че-

рез максимум. Следовательно, на одной волне Vp

можно удовлетворить условию Js(kS)s'm 8уф0,

a /,

(£S)sin 16

—0,

так как Ле г~ ^ ]=0. На всех

можно

удовлетворить условию

>i(kS)

sin24

за счет выбо-

ра угловой координаты возбуждающего вибратора

7,5°

(sin 24 у

0). При изменении частоты меняется ве-

личина параметра kS = -yS, а значит, имеет место пе-

рераспределение мощности между 1-й и 2-й гармоника-

ми при отсутствии 3-й гармоники.

Результатом этого является частот-

ное качание диаграммы направлен-

ности (рис. 7-17).

Для возбуждения уголковой ан-

тенны может быть использован ще-

левой излучатель, расположенный

в вершине угла, образованного пло-

скостями рефлектора (рис. 7-18).

Направленные свойства такой угол-

ковой щелевой антенны, как показа-

но в работе [Л. 4], не уступают на-

правленным свойствам обычной

уголковой антенны с вибраторным

возбуждением таких же размеров.

Несимметричное щелевое возбуж-

дение уголкового зеркала может

быть осуществлено щелью или системой щелей,

прорезанных перпендикулярно ребру уголка на некотором

расстоянии S от вершины (показано пунктиром на

рис.

7-14). Для формирования такой антенной косеканс-

ной ДН в плоскости, перпендикулярной граням, необхо-

347

*-•

Рис 7-18. Уголковая

антенна с снмметр т-

ным щелевым возбуж-

дением.

дпмо,

чтобы угол при вершине был близок к 120°, а воз-

буждающая щель должна располагаться на таком рас-

стоянии от ребра до центра щели, при котором kS =

= 3,6-г-3,9.

Формула для диаграммы направленности в плоскости

вектора Н несимметрично возбужденной уголковой

антенны может быть выведена, следуя методике, изло-

женной в [ЛО. 28]. Если считать поверхность раскрыва

совпадающей с фазовым фронтом, то можно задачу

определения поля излучения свести к вычислению интег-

рала

[cos (8 - 6') + 1]

ikRcos{

dS.

В подынтегральном выражении влиянием члена cos

(б

— 0')

в амплитудном множителе можно пренебречь. Значение Е

с точностью до постоянной величины определяется (7-7).

Используя разложение

ikRcos

)

(kR) + 2 V е

/„ (kR) cos«(G - б')

и осуществляя ряд преобразований, придем к формуле

для ДН:

00 со

(

)=£

{l)n

{kS) sin

^F-

{kR) x

m=l rt=l "

/ л

Я2Я Sill

X-

v (

.у

;

""»т-«(т-' '

(

(—J-(»2-J

Ряд, стоящий под знаком суммы, быстро сходится по

т, так как от одного значения т к другому резко изме-

няется порядок функции Бесселя. В интересных для при-

ложений случаях достаточно ограничиться значением

т =

Производя суммирование по п, можно руководст-

(т

4- 2) я _

го

„

воваться условием я^=—

——. Так,при a =

/п

необходимо суммировать 16 членов ряда (7-8).

348

Литература к гл. 7

1 Н л д с

к о Б. С , Л я л

к о в В В, Анализ направлен-

ных свойств уголковых ангенн, «Электросвязь», 1958, № 10, cip 26

Cottony II V, Wilson А С, Gains of Finite Size Cor-

ner-reflector Antennas, IRE Trans, vol. AP-6, 1958, № 5, 26

3 Wilson A C, Cottony H. V., Radiation Patterns of

Finite-Size Comer-reflector Antennas, IRE Trans, vol AP-8, 1960,

III,

№ 2, p 144.

4 Кочержевский Г. H, Диаграммы направленности угол-

ковых щелевых антенн, «Радиотехника», т. 9, 1954, № 3, стр. 33.

Глава

РЕШЕТКИ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

С УПРАВЛЯЕМЫМ

ПОЛОЖЕНИЕМ ДИАГРАММЫ

НАПРАВЛЕННОСТИ

8-1.

ОБЩИЕ СООТНОШЕНИЯ

Одной из наиболее актуальных задач, стоящих перед

антенной техникой, является задача создания излучаю-

щих систем с электрически управляемым положением

главного лепестка ДН в пространстве или, как принято

говорить, с электрическим управлением диаграммой на-

правленности, или, еще более кратко, с электрическим

качанием ДН. Такое управление даег возможность

значительно эффективней использовать излучаемую энер-

гию,

распределяя ее в пространстве и во времени наи-

более рациональным способом. Электрическое управле-

ние позволяет перемещать ДН в требуемом секторе про-

странства с большой скоростью, позволяет производить

это перемещение по любой программе, как выбранной

заранее, гак и выработанной в ходе работы.

С помощью электрического управления одна и та

же антенна может производить обзор определенного сек-

тора пространства и осуществлять сопровождение одно-

го или нескольких объектов. Все это открывает большие

возможности перед радиолокацией, радионавигацией,

радиосвязью и другими областями применения радио-

технических методов.

Работа в области электрически управляемых антенн

проводится довольно давно, однако только в последние

годы были достигнуты определенные успехи. Основным

направлением в этой области является управление ДН

в антеннах, представляющих собой решетки излучателей,

расположенные на плоской, сферической, цилиндриче-

ской, конической и других поверхностях. Во всех слу-

чаях питание излучателей обычно производится таким

образом, чтобы непосредственно перед антенной созда-

350