книги из ГПНТБ / Молодов Б.И. Антенны (учебное пособие)

Литература . . .............................................................................................168

ВВЕДЕНИЕ

В радиотехнических устройствах любого назначения для пере­ дачи сигналов применяются свободно распространяющиеся элек­ тромагнитные волны, или радиоволны.

Для осуществления радиосвязи или радиолокации необходимо, как известно, наличие передающей и приемной установок. Пере­ дающая установка содержит генератор высокочастотных колеба­ ний, модулятор того или иного вида для наложения сигналов на высокочастотные колебания и устройство, образующее свободно распространяющиеся радиоволны, называемое излучающей или передающей антенной.

Для того, чтобы переданные сигналы могли быть приняты, приемная установка должна содержать устройство, улавливающее чабть энергии поля радиоволны. Такое устройство называется приемной антенной. От приемной антенны энергия передается на приемную аппаратуру, с помощью которой производятся усиление принятых колебаний, а также выявление и воспроизведение сигна­ лов, наложенных на высокочастотные колебания.

Основным отличием радиоустановок от других устройств цля передачи электрических сигналов является наличие в них переда­ ющих и приемных антенн.

Хотя функции передающей и приемной антенн различны, в кон­ структивном отношении эти два вида антенн во многих случаях одинаковы. В принципе одна и та же антенна может быть исполь­ зована в качестве передающей или приемной, т. е. антенна являет­ ся обратимым устройством.

Взависимости от назначения радиотехнического устройства видоизменяются и его антенны. В настоящее время существует весьма большое количество разновидностей антенн, отличающихся не только по конструкции, но и по принципам устройства. Однако основные свойства антенн могут быть определены с помощью не­ большого количества параметров и характеристик, одинаковых для антенн всех видов.

Всилу обратимости антенн, зная параметры и характеристики антенны для режима переДачи, можно определить основные пара­ метры, характеризующие свойства антенны при использовании ее

для приема. Можно рассчитывать основные параметры антенны, рассматривая ее либо как передающую, либо как приемную, в за­ висимости от того, в каком случае результаты достигаются более простым путем.

Одной из основных задач пособия будет определение и рассмот ренио параметров передающей и приемной антенн. Соотношения между параметрами антенны, используемой как передающая, и параметрами этой же антенны в режиме приема для всех антенн остаются одинаковыми, поэтому для получения основных соотно шений представляется возможным рассмотреть простейшую антен­ ну в двух режимах работы (приема и передачи) и полученные ре­ зультаты распространить на более сложные антенны. В данном пособии избран именно такой путь.

При рассмотрении основных разновидностей антенн метровых, дециметровых и сантиметровых волн главное внимание уделено ознакомлению с их устройством, принципами действия и основны­ ми техническими характеристиками. При необходимости более детального изучения какого-либо типа антенн рекомендуется вое пользоваться литературой, указанной в конце пособия. Предпола гается, что слушатели имеют некоторое первоначальное знакомство с устройством и особенностями основных видов антенн сантимет­ ровых и метровых волн.

распространяющиеся в радиальных направлениях. Такие электро магнитные поля, как известно, называются радиоволнами. Элек­ тромагнитные волны переносят некоторую энергию, следовательно, из объема, в котором расположен диполь, в окружающее простраш ство непрерывно передается часть энергии, подводимой рт генера­ тора к диполю.

излучением радиоволн. Электромагнитное поле, создаваемое пере­ дающей антенной, в ряде случаев может быть довольно точно рас­ считано. Наиболее проста структура электромагнитного поля, соз­ даваемого электрическим диполем, и хотя непосредственного прак­ тического применения такой диполь не находит, рассмотрение его поля дает возможность ознакомиться с основными особенностями радиоволн, излучаемых передающими антеннами.

Кроме того, в ряде случаев поле сложной передающей антенны можно представить в виде суммы полей электрических диполей.

В дальнейшем изложении будем рассматривать напряжение и поля, изменяющиеся во времени по гармоническому закону cos mt или в комплексной форме по закону eimt.

Как известно, мгновенное значение напряжения (тока, напря­ женности электрического поля) при записи в комплексной форме выражается следующим образом:

u{t) = Re{UeJa,(},

где 0 — комплексная амплитуда напряжения.

Для простоты записи будем в дальнейшем писать комплексные амплитуды без точки над буквой.

Все величины будем выражать в рационализированной практи­ ческой системе единиц: метр — килограмм — секунда— ампер.

ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЯ

Рассмотрим электромагнитное поле, создаваемое электриче ским диполем, имеющим длину А/, в котором протекает ток с ча­ стотой « и амплитудой /. Пусть длина диполя А/ мала по сравне­

нию с длиной рабочей волны Х= —— .

Положение точек в пространстве относительно диполя будем определять в сферической системе координат, начало которой совмещено с серединой диполя, и угол 0 отсчитывается от оси ди­ поля (рис. 1-2).

диполя практически имеет только поперечные составляющие элек­ трического и магнитного полей:

По величине и направлению векторы электрического и магнит­ ного полей тесно связаны, что совершенно естественно, поскольку

6

пие распространения радиоволны R и вектор Е, совпадает в дантом случае с осью диполя. Если диполь повернуть в плоскости, перпендикулярной к R, на некоторый угол, то и векторы поля Е т Н в удаленной точке также повернутся на такой же угол, причем

В силу конечной скорости распространения радиоволн в точках, лежащих в одном направлении, но на разных расстояниях от антен­

одинакова, т. е. сложные антенны, как правило, не являются точеч­ ными излучателями.