9. В технике свч широко применяются так называемые антенны бегущей волны

(АБВ). Под антеннами бегущей волны подразумевают антенны, выполненные в виде дискретных излучателей, расположенных по прямой линии, или в виде сплошной излучающей системы, вдоль которой распространяется бегущая волна. Распределение фаз

и амплитуд вдоль линии определяется законом Антенны бегущей волны реализуют режим осевого излучения и выполняются на

основе замедляющих систем, способных поддерживать поверхностные волны. Возбуждение антенн бегущей волны осуществляется с одного конца, а режим бегущей

волны обеспечивается надлежащим образом выбранными параметрами замедляющей системы и очень редко применением согласованных нагрузок на противоположном конце.

Возбуждение само распространяется вдоль излучающей системы от одного конца к другому, и поэтому такие антенны часто называются также антеннами последовательного питания. С изменением частоты может измениться фазовая скорость в замедляющей

системе, а также эффективность действия и качество согласования возбудителя. Обычно антенны бегущей волны имеют рабочую полосу частот, измеряемую единицами процентов и значительно реже - десятками процентов. Диэлектрические стержневые антенны применяются на частотах от 2 ГГц и выше.

Они представляют собой диэлектрические стержни обычно круглого сечения длиной несколько λ, возбуждаемые отрезком волновода круглого или прямоугольного поперечного сечения Спиральные антенны. На частотах 300 МГц и выше широкое применение находят цилиндрические спиральные антенны, излучающие поле с круговой поляризацией в направлении оси. Антенна состоит из проволочной спирали длиной в несколько λ при диаметре витка приблизительно λ/π. Один конец спирали остается свободным, а другойсоединяется с внутренним проводником коаксиальной линии (рис.2.28). Внешний проводник коаксиальной линии присоединяется к металлическому экрану. В спирали возникает бегущая волна электрического тока, и максимум излучения оказывается ориентирован вдоль оси в сторону движения волны тока.

Импедансные антенны. Отличительной особенностью таких антенн является использование импедансных структур, способных поддерживать поверхностные волны. На рис.2.30,а показана импедансная антенна на плоской поверхности (экране). Поверхностная волна, возбуждаемая небольшим рупором, распространяется вдоль ребристой структуры почти без изменения амплитуды, так как отражение волны от конца

структуры мало. Распределение токов в структуре по оси z соответствует закону бегущей волны с замедленной фазовой скоростью, и, таким образом, ребристая структура

оказывается эквивалентной линейной излучающей системе бегущей волны с замедленной фазовой скоростью. Для поддержания замедленной волны поверхностное сопротивление

ребристой структуры должно быть чисто реактивным и носить индуктивный характер. Для этого глубина канавок должна быть меньше λ/4. Из-за того, что плоскость за ребристой структурой имеет конечный размер d, главный максимум излучения оказывается "отжатым" от плоскости экрана

11. Рупорных антенн излучатель обычно имеет форму отрезка рупорной линии, т.Е. Отрезка волновода с плавно увеличивающимися к раскрыву размерами поперечного

сечения. Наиболее распространенные типы рупорных антенн изображены на рис.2.36. Если поперечное сечение рупора - прямоугольник, а его размер изменяется только

в плоскости магнитного вектора, то такой рупор называется H-плоскостным секториальным (рис.2.36,а); если же размер изменяется только в плоскости электрического вектора, то рупор называется E-плоскостным секториальным (рис.2.36,б).

Рупор, размеры которого изменяются в обеих плоскостях, называется пирамидальным (рис.2.36,в). Находят применение конические рупоры с круглым поперечным сечением.

Для объяснения принципа действия рупорной антенны рассмотрим ее продольное сечение (рис.2.37). Электромагнитная энергия от генератора через отрезок питающего волновода поступает к горловине рупора в виде волны с плоским фазовым фронтом. Большая часть энергии проходит через горловину и распространяется вдоль рупора в виде расходящейся волны. Небольшая часть энергии отражается от горловины и

возвращается по волноводу к генератору. Чем сильнее выражена неоднородность в месте перехода волновода к рупору, т.е. чем больше угол раскрыва рупора 2Ф0 тем больше коэффициент отражения. Достигнув раскрыва, являющегося границей раздела

рупорной линии и свободногопространства, энергия большей частью излучается в свободное пространство, но частично

отражается от раскрыва и движется в обратном направлении. При больших размерах раскрыва в Н-плоскости коэффициент отражения от него обычно мал, и это позволяетрассматривать рупор как устройство, согласующее волновод со свободным пространством. Согласование можно еще улучшить, применяя комбинированный рупор

(рис.2.36,д), поперечные размеры которого изменяются сначала в одной плоскости, затем - в другой. При соответствующих размерах отражение от двух горловин может быть скомпенсировано. Характерным является наличие оптимального угла раскрыва 2Фопт, при котором

ширина ДН минимальна. – оптимальный рупор

13. Линзовые антенны характерны тем, что отдельные их разновидности весьма существенно отличаются друг от друга по своему устройству. Поэтому удобнее будет начать их рассмотрение с описания принципа действия, который является общим для всех линзовых антенн. Практически все линзовые антенны могут быть разбиты на три типа по

конструктивному признаку, как показано на рис.2.43. Все приведенные типы линз состоят из двух самостоятельных частей: облучателя S

и линзы L. Облучатель S представляет собой слабонаправленную антенну, помещенную на некотором расстоянии f от линзы. Это расстояние обычно совпадает с так называемым

фокусным расстоянием линзы. В качестве облучателя линзовой антенны можно применить: вибратор с пассивным экраном, спираль, открытый конец волновода, рупор и т.д. Часто линза устанавливается в

раскрыве рупора, если у последнего размеры раскрыва D (в единицах длин волн) велики, а длина R мала. ДН облучателя FS(θ) и расстояние f подбираются таким образом, чтобы, во- первых, почти вся содержащаяся в главном лепестке энергия падала на поверхность линзы

и не рассеивалась в других направлениях, и, во-вторых, чтобы создаваемое облучателем поле имело около поверхности линзы характер сферической волны. Первое условие при пренебрежении излучением боковыми лепестками означает, что практически вся энергия

излучения облучателя направлена на линзу. Второе условие позволяет рассматривать облучатель как точечный источник, помещенный в центре сферической волны, совпадающей с фокусом линзы.

14. Зеркальные параболические антенны (ЗПА) - наиболее распространенные остронаправленные антенны. Их широкое применение в самых разнообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, возможностью получения разнообразных видов ДН, высоким КПД, малой шумовой температурой, хорошими

диапазонными свойствами и т.д. В радиолокации применение зеркальных антенн позволяет легко получить равносигнальную зону, допускает одновременное формирование нескольких ДН общим зеркалом. Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном угловом секторе.

Зеркальные антенны широко применяются в космической радиосвязи и радиоастрономии, и именно с помощью зеркальных антенн удается создавать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных

метров. Расстояние от фокальной линии FF до оси Oy называется фокусным расстоянием и обозначается f. Работу параболической антенны можно описать следующим образом. Энергия, направляемая облучателем на зеркало, возбуждает его, т.е. возбуждает токи на его

поверхности. Каждый элемент поверхности параболоида, обтекаемый током, можно рассматривать как элементарный источник, излучающий энергию по весьма широкой диаграмме. Как известно, для получения узкой ДН необходимо распределить энергию между большим количеством элементарных вибраторов, располагаемых и возбуждаемых

таким образом, что в нужном направлении их поля оказываются синфазными. В данном случае распределение энергии осуществляется облучателем, а роль элементарных вибраторов играют элементы возбуждаемой поверхности параболоида, причем распределение токов в пространстве таково, что в направлении оси z все элементы

параболоида создают поля одинаковой фазы. Остановимся на этом пoдробней. Каждый элемент поверхности параболоида излучает в соответствии с законами излучения элементарного электрического вибратора. Выберем два произвольных элемента 1 и 2 на поверхности параболоида. Коэффициент перехвата. Коэффициент утечки. Обозначим полную мощность, излучаемую облучателем, через PΣ, а мощность, попадающую на зеркало антенны, через Pn. Тогда коэффициент k0 Pn / Pхарактеризует эффективность канализации энергии облучателя на зеркало антенны и называется коэффициентом перехвата. Коэффициент утечки kут = 1 – k0 = (PΣ – Pn)/PΣ определяет долю энергии облучателя, проходящую мимо зеркала антенны. Таким образом, КНД параболической антенны с учетом утечки части энергии облучателя за края зеркала будет. Оптимальное облучение параболоида. Для обеспечения высокой эффективности параболической антенны необходимо иметь равномерное или близкое к равномерному

распределение поля в раскрыве антенны и минимальную утечку энергии облучателя мимо зеркала антенны. Эти требования противоречат друг другу. Действительно, чем

равномернее распределение поля в раскрыве антенны, тем больше его уровень на краю

антенны и тем, следовательно, надо ожидать большей утечки энергии. С другой стороны,

добиться высокого коэффициента перехвата можно лишь при низком уровне облучения

края антенны, что противоречит требованию равномерного освещения поверхности и

снижает апертурный коэффициент использования. Поэтому для достижения

максимального эффекта необходим компромисс между требованием равномерного

распределения и требованием минимальной утечки. При освещении кромки зеркала уровнем –10 дБ обеспечивается максимум КНД