ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 246
Скачиваний: 5
Конструкция антенн зависит в основном от длины рабочей волны. В связи с этим антенны разделяют на д л и н н о в о л н о в ы е , с р е д н е в о л н о в ы е , к о р о т к о в о л н о в ы е и у л ь т р а к о р о т к о в о л н о в ы е (У К В ).
В данной главе рассмотрены электрические параметры, принцип действия и основные типы антенн ультракоротких волн.
§ 3. 2. Электрические параметры антенн
Основными параметрами антенн направленного действия являются:
—угол раствора;
—угол излучения;
—коэффициент направленного действия;
—коэффициент полезного действия;
—коэффициент усиления.
У г л о м р а с т в о р а диаграммы направленности (Ѳ) на-
Рис. 3.2. |
Принцип |
измерения |
угла |
раствора: |
|
а — по |
напряженности поля; |
б — по |
мощности |
||
зывается угол, |
заключенный |
поля. |
двумя направлениями, |
||
между |
|||||
вдоль которых |
напряженность поля |
составляет величину 0,7 |
|||
от максимального значения напряженности поля Е ш. Отсчет ширины угла раствора по мощности излучения производят на
уровне 0,5 |
от |
максимальной |
мощности (рис. |
3 .2 ). Следует |
||
отметить, что |
Ѳ 0,7 (Ет )=Ѳо,5 |
(Р т ), то есть по напряженности |
||||
и мощности поля угол раствора один и тот же. |
от единиц до |
|||||
Величины |
углов раствора |
антенн |
Р Л С |
— |
||
десятков градусов. |
|
(у) |
называется угол, |
|||
У г л о м |
и з л у ч е н и я а н т е н н ы |
|||||
.заключенный между касательными к диаграмме направленяости антенны (рис. 3. 3).
ІЮ
Рис. 3. 3. Принцип определения угла излучения.
К о э ф ф и ц и е н т о м н а п р а в л е н н о г о д е й с т в и я а н т е н н ы (к. н. д.) называется число, показывающее, во сколько раз можно уменьшить мощность излучения при пере
ходе |
от ненаправленной антенны к направленной, |
сохраняя |
||||
неизменной напряженность |
поля |
в направлениикет, |
максималь- |
|||
кого |
излучения. Например, |
ненаправленная антенна, имею |
||||
щая |
мощность излученияв/м. Р з Нен |
=100 |
создает |
в точке А |
||
(рис. 3. 4) на направлении максимального излучения напря женность поля Е = 10
Направленная антенна для создания такой же напряжен ности поля в точке А должна изучать меньшую мощность (пусть Рянап =10 кет). Следовательно, к. н. д. направленной антенны равен 10. Этот коэффициент впервые введен Пистелькорсом в 1929 г. Реальные антенны имеют потери в про водах, заземлениях и т. д. В связи с этим введен коэффи циент полезного действия антенны (к. п. д .).
К. п .д . а н т е н н ы |
(т]а) называется отношение излучае |
мой мощности (Р е ) |
к мощности, подводимой к антенне (Ра) |
от генератора; в реальных антеннах |
|
К о э ф ф и ц и е н т |
^ = (0 ,9 ^ 0 ,9 5 ) . |
у с и л е н и я а н т е н н ы (G) равен |
|
произведению коэффициента направленного действия антен ны на её к. п. д.:
G = Tja-к.п.д, = 7 ] a - D .
I l l
P i ненапр.
P i напр.
Рис. |
3. 4. К определению |
коэффициента направленного дей |
|
Коэффициент усиления |
ствия. |
полно х а р а к т е |
|
антенны более |
|||
р и з у е т |
качество антенны, так как здесь |
у ч и т ы в а е т с я |
|
ңе только направленные свойства её, но и уменьшение излу чения из-за потерь энергии в антенне.
§3.3. Полуволновой вибратор
А.Конструкция и принцип действия полуволнового
вибратора
Простейшей антенной является полуволновой вибратор (диполь). Он служит основным элементом многих антенн ультракоротковолнового диапазона волн. Полуволновой виб ратор получают из четвертьволновой разомкнутой линии раз ведением её проводов в противоположные стороны (рис. 3 .5а). Длина такого вибратора равна половине длины волны гене ратора. Полуволновой вибратор является симметричным, так как обе его половины симметричны относительно гене ратора.
Распределение амплитуд тока и напряжения вдоль чет вертьволновой разомкнутой линии позволяет видеть распре деление амплитуд тока и напряжения вдоль полуволнового
П 2
1■Sh
л
*
в
Рис. 3. 5. Переход от четвертьволновой разомкнутой линии к полуволновому вибратору.
вибратора (рис. 3. 56). Из рисунка видно, что токи в обеих половинах вибратора текут в одном направлении; пучности тока находятся в середине, а узлы тока — на концах вибра тора. Пучности напряжения находятся на концах, а узел на
пряжения— в середине вибратора.
Таким образом, вдоль вибратора образуются стоячие по луволны тока и напряжения. Наличие стоячих волн в вибра торе, как и в двухпроводной разомкнутой линии, указывает па колебание энергии, то есть на переход электрической энергии в магнитную и обратно.
Основное отличие вибратора от двухпроводной линии — в его способности эффективно излучать электромагнитные волны. Двухпроводная линия излучает волны слабо, так как магнитные поля обоих проводов во внешнем пространстве почти полностью взаимно уничтожаются, вследствие противо положных направлений токов в проводах.
У вибратора обе половины провода расположены по одной прямой, и токи в них совпадают по направлению. Поэтому излучения за счет этих токов суммируются.
Поскольку вибратор излучает радиоволны, то в нём воз никает режим смешанных, а не стоячих волн; в пространство ж е излучается энергия бегущих волн.
Б. Входное сопротивление вибратора
Сопротивление, которое оказывает вибратор питающему
сто генератору переменного тока, называется |
в х о д |
н ы м |
|
с о п р о т и в л е н и е м |
в и б р а т о р а . Определяется оно |
отно |
|
шением напряжения |
на зажимах вибратора к |
току, питаю |
|
щему его (рис. 3. 6): |
|
|
|
Рис. 3. 6. К принципу определения входного сопротивления вибратора.
Входное сопротивление симметричного полуволнового виб ратора, питаемого в середине,
Z BX = (73,2 + j42,5) ом.
Из этого выражения видим, что входное сопротивление вибратора имеет активную и реактивную составляющие, при чем последняя имеет индуктивный характер. Это объясняет ся тем, что при развертывании четвертьволновой разомкну той линии в вибратор распределенная индуктивность растет, а распределенная ёмкость уменьшается. Реактивная состав ляющая входного сопротивления вибратора нежелательна, так как она уменьшает КБВ и мощность излучения. Для лик видации реактивной составляющей укорачивают вибратор. При этом распределенная индуктивность уменьшается в оольшей мере, чем распределенная ёмкость. Укороченный вибратор имеет входное сопротивление, чисто активное по ха рактеру и равное 73,2 ома. Зная входное сопротивление и ток
114
на входе вибратора, можно определить мощность, подводи мую от генератора к антенне:
Р а = I V R BX •
Здесь Іп — действующее значение токов в пучности, так как на входе рассматриваемого нами вибратора име ется пучность тока.
Эта мощность расходуется на излучение (в виде мощности
излучения Ps |
) и частично — на тепловые потери (в виде мощ |
||||
ности потерь |
Рдот): |
Р а |
= |
Ре |
+ Рпот • |
|
|
|
|
||
Мощность излучения является одним из параметров ан тенны. Её определяют:
р , == I V R ' - . |
|
|
|
где Rs — сопротивление |
излучения антенны. |
называть |
|
С о п р о т и в л е н и е м |
и з л у ч е н и я |
принято |
|
некоторое условное, распределенное по |
длине |
вибратора |
|
сопротивление, на котором выделялась бы такая же мощ ность, какая реально излучается в пространство.
В. Диаграмма направленности вибратора
Направленное действие вибратора показывают с помо щью диаграмм направленности. Они наглядно показывают изменение напряженности поля излучаемых волн в зависи мости от направления. Эти диаграммы изображают обычно в двух плоскостях. Одна из них, в которой лежит сам виб ратор, называется м е р и д и о н а л ь н о й . Например, для вертикального расположения вибратора такой плоскостью будет любая вертикальная плоскость, проходящая через
вибратор |
(рис. 3 |
.7 а). |
|
|
называет |
||
ся |
Вторая плоскость, перпендикулярная первой, |
||||||
э к в а т о р и а л ь н о й . |
Для |
вертикального |
вибратора |
||||
это |
будет |
горизонтальная |
плоскость, пересекающая |
вибра |
|||
тор |
(рис. |
3. 76). |
распределение |
электромагнитного |
поля в |
||
|
Рассмотрим |
||||||
пространстве вокруг вибратора для фиксированного момента времени (рис. 3. 8). Если вибратор расположен вертикаль но, то силовые линии его электрического поля находятся в меридиональных плоскостях, а силовые линии магнитного поля имеют форму окружностей и расположены в эквато риальных плоскостях. Следовательно, распространяющиеся
115
Рис. 3. 7. Меридиональная (а) и экваториальная (б) пло скости.
от вибратора электромагнитные волны всегда имеют опре деленную поляризацию, то есть их электрические и магнит ные силовые линии находятся в некоторых определенных плоскостях. Если волны распространяются без преломле ний и отражений, то на значительном удалении от вибрато ра электрические силовые линии направлены параллельно вибратору, а магнитные — перпендикулярно ему.
Силобые линии электрического поля
Силобые линии пагнитного
поля
Рис. 3. 8. Распределение электромагнитного поля в простран стве вокруг вибратора.
не
Поляризацию волн принято определять по направлению электрического поля. Если вибратор расположен верти кально, то волна имеет вертикальную поляризацию, так как электрические силовые линии направлены в вертикаль ной плоскости. Если же вибратор расположен -горизонталь но, то излучаемые им волны имеют горизонтальную поляри зацию (электрические силовые линии расположены в гори зонтальной плоскости).
В любой точке пространства векторы напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н взаимно пер пендикулярны и находятся в плоскости, касательной к сфере.
Применение правила буравчика показывает, что вектор Умова-Пойнтинга направлен по радиусу сферы. Следова тельно, вибратор излучает электромагнитную энергию, кото рая распространяется по радиусам, исходящим из центра сферы.
Зная характер ‘распределения электромагнитного поля, можно построить диаграммы направленности в двух плос костях: перпендикулярной оси вибратора и проходящей че рез ось вибратора.
В плоскости, перпендикулярной оси вибратора и прохо дящей через его середину, напряженность поля во всех на правлениях постоянна и максимальна. Поэтому диаграмма направленности вибратора в этой плоскости представляет собой круг (рис. 3. 9а).
По мере удаления от центра вибратора напряженность поля Н уменьшится и на -конце его она будет равной нулю, так как ток здесь равен нулю. Следовательно, в направле нии -оси вибратор электромагнитную энергию не излучает. Отсюда видно, что в плоскости, проходящей через ось, виб ратор излучает энергию в различные стороны неодинаково. Диаграмма направленности в плоскости вибратора поэтому имеет вид восьмёрки (рис. 3. 96).
1. В |
В ы в о д ы |
плоскости, перпендикулярной оси, вибратор не име |
|
ет |
направленного излучения. |
2.В плоскости, проходящей через ось, вибратор харак теризуется направленным излучением. Коэффициент
117