3.2. Влияние длины электрического вибратора на электродинамические параметры резонаторно-возбуждаемых антенн

Наиболее часто рассматриваемые в технической литературе в качестве источников возбуждения тонкие полуволновые электрические вибраторы не являются оптимальными в смысле КНД. Для электрических вибраторов в свободном пространстве, как известно, оптимальной является длина 0.625 λ. Для вибраторов, окружённых металлической поверхностью, эта величина имеет другие значения. Так, для уголковой антенны применение электрических вибраторов длиной до 1 λ может дать выигрыш в КНД до 2 дБ. Аналогичный выигрыш, очевидно, следует ожидать и для исследуемой резонаторно-возбуждаемой антенны с секториальной диаграммой направленности. И, хотя согласование таких антенн представляет заметные трудности, в отдельных случаях применение волновых электрических вибраторов может быть оправдано.

Зависимость КНД антенны от длины электрического вибратора l_вибр при угле раскрыва антенны β = 80º показана на рис. 3.1. Видно, что КНД антенны плавно увеличивается на 2 дБ при увеличении длины вибратора от 0.5 λ до 1 λ.

3.3. Применение в резонаторно-возбуждаемой антенне в качестве источника возбуждения коллинеарно расположенных электрических вибраторов

Часто используемый способ увеличения КНД антенных устройств - применение в качестве источника возбуждения решёток коллинеарно расположенных электрических вибраторов – также эффективен и для исследуемой антенны резонаторного возбуждения. Оптимальное в смысле увеличения КНД антенного устройства расстояние между вибраторами зависит от геометрии применённого резонатора.

Кривые на рисунке 3.2 показывают зависимость КНД антенны при угловой ширине вырезанной в цилиндрической поверхности части β = 40º, 80º и 120º и высоте резонатора H = 4 λ.

Горизонтальными линиями показано значение КНД антенны с одним вибратором. Для β = 40º КНД равен 10.43 дБ, для β = 80º КНД равен 11.84 дБ, а для β = 120º – 10.56 дБ.

Из графика видно, что, например, для β = 80º выигрыш составляет ~ 1.8 дБ при расстоянии между концами вибраторов b = 1.4 λ. Коэффициент направленного действия равен 13.68 дБ.

3.4. Влияние электрических проводников, находящихся перед источником возбуждения, на электродинамические параметры антенн

Одним из направлений поиска простых и недорогих способов улучшения параметров апертурных антенн является использование дополнительных тел, находящихся в поле излучения. Известны успешные попытки использовать, например, для снижения уровня боковых лепестков металлические проводники в виде тонких проволок или металлических полосок, находящиеся в раскрыве апертурной антенны. Так, экспериментально установлено, что для зеркальной параболической антенны P2F_23_NXA полоски, расположенные на расстоянии (1,20 ÷ 1,36) λ от оси симметрии антенны, снижают уровень боковых лепестков с -13 дБ до -22 дБ. При этом параметры главного лепестка остаются практически неизменными.

Кроме того, проводник, находящийся в поле излучения, можно использовать для повышения КНД апертурных антенн. Этот способ предложено использовать для резонаторно-возбуждаемых антенн.

Для системы из двух проводников (электрических вибраторов) решение для электромагнитного поля (например, методом наведенных э.д.с.), давно существует и хорошо исследовано. В отличие от свободного пространства, наличие третьего тела (цилиндрической поверхности, окаймляющей систему вибратор - проводник) придаёт влиянию проводника на параметры антенны несколько другой характер. Дополнительный проводник изменяет распределение электромагнитного поля вдоль излучающей поверхности, делая его более равномерным, что приводит к сужению ДН в вертикальной плоскости (E-плоскости) и увеличению коэффициента направленного действия. Внешний вид такой антенны показан на рис. 3.3. На рис. 3.3 а) показан вид сбоку, на рис. 3.3 б) – вид сверху.

Для антенного устройства с высотой резонатора H = 3 λ, угловом размере вырезанной в цилиндрической поверхности части β = 80º, длине вибратора l_вибр = 0.5 λ зависимость КНД антенны от длины дополнительного проводника l_доп и расстояния между источником возбуждения и дополнительным проводником g показана на рис. 3.4.

Горизонтальной прямой отмечено значение КНД без дополнительного проводника.

Из графиков видно, что наибольший прирост КНД составляет ~1.5 дБ при длине дополнительного проводника l_доп = 0.5 λ, находящемся на удалении 0.2 λ от источника возбуждения.

КНД

l_доп = 0.5 λ

l_доп = 2 λ

11.47 дБ

l_доп = 1 λ

а)

g ,λ

Рис. 3.4. Зависимость КНД антенны от расстояния g ,λ

между вибратором и дополнительным проводником при H = 3λ