1.5 Антенна поверхностных волн

Замедленные волны, распространяющиеся вдоль той или иной замед­ляющей поверхности, получили название поверхностных волн.

Используя поверхностные волны, можно получить направленное излучение и, следовательно, направленный прием. Антенна поверхностных волн состоит из возбудителя и направляющей структуры (направителя). Задача возбудите­ля заключается в сосредоточении большей части излучаемой энергии, получен­ной от генератора, в сторону направителя и создании вдоль него (и совмест­но с ним) поверхностной волны. Обычно излучение возбудителя имеет неболь­шую направленность, а направленность антенны обеспечивается излучением направителя. Суммарное излучение является результатом интерференции собственного излучения возбудителя и излучения направителя.

Антенны поверхностных волн в своем подавляющем большинстве являют­ся антеннами бегущей волны. Антенны бегущих волн имеют сравнительно ма­лые поперечные размеры при достаточно высокой направленности. Поэтому их размещают часто там, где нельзя размещать антенны с большим поперечным сечением, а именно на подвижных объектах различных типов (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Плоские антенны поверхностных волн (а), (б). Ребристо-стержневая антенна поверхностных волн (в).

Нормированная функция направленности ребристой антенны в плоскости Н:

(19)

Нормированная функция направленности ребристой антенны в плоскости Е:

(20)

В выражениях (19) – (20):

а – ширина замедляющей структуры, см;

θ – угол между осью антенны и направлением в точку наблюдения;

l – длина замедляющей структуры, см;

λ – длина волны рабочего диапазона антенны, см;

k_З – коэффициент замедления.

Выражение для определения ширины основного лепестка диаграммы направленности на уровне 0,5 при оптимальном коэффициенте замедления :

(21)

Выражение для определения коэффициента направленности антенны при оптимальном коэффициенте замедления :

(22)

В выражениях (21) – (22):

где λ – длина волны рабочего диапазона антенны;

L – осевая длина антенны (обычно выбирается в пределах (1÷4)λ=d∙N.

1.6 Линейная антенная решетка

Увеличение длины симметричного вибратора l_А сопровождается обострением главного лепестка диаграммы направленности (ДН), и это происходит благодаря увеличению числа диполей Герца, составляющих симметричный вибратор. Однако КНД его повышается, пока l_А не превышает 1,2λ; при l_А > 1,2λ участки вибратора со встречным направлением тока усиливают боковые лепестки ДН настолько, что КНД снижается.

Поэтому, когда требуется получить высокий КНД, вместо одиночного вибратора используют систему излучателей. Системность такой антенны выражается в определенных пространственном расположении излучателей и амплитудно-фазовом распределении токов (полей) в них (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Прямолинейная (а), плоская (б) и пространственная (в) решетки излучателей

Нормированное выражение множителя линейной антенной решетки имеет вид:

(23)

где Ψ=Nψ'/2 – обобщенная угловая переменная;

N – число элементов решетки.

Выражение для определения ширины основного лепестка диаграммы направленности на уровне 0,5 и коэффициента направленности антенны в режиме поперечного излучения (k₃ = 0) имеет вид:

(24)

(25)

Выражение для определения ширины основного лепестка диаграммы направленности на уровне 0,5 и коэффициента направленности антенны в режиме наклонного излучения (k₃=2/3) имеет вид:

(26)

(27)

Выражение для определения ширины основного лепестка диаграммы направленности на уровне 0,5 и коэффициента направленности антенны в режиме осевого (продольного) излучения при скорости возбуждения линейной системы, равной скорости света (V_ф=с, k₃=1) имеет вид:

(28)

(29)

В выражениях (24) – (29):

λ – длина волны рабочего диапазона антенны;

l_a – длина антенны;

θ_m – угол, при котором ДН принимает максимальное значение.

При k₃>1 необходимо вычислить оптимальный и критический коэффициент замедления соответственно по формулам: , и определять КНД в соответствии с графиком:

Рисунок 1.7 – Зависимость КНД прямолинейной равноамплитудной решетки излучателей от коэффициента замедления

Ширину основного лепестка ДН можно определить из графика диаграммы направленности.