книги из ГПНТБ / Юрцев, О. А. Спиральные антенны

Fg f =1100 М Гц

Рис. 5.37. Теоретические и экспериментальные диаграммы надрай' ленности рднозахрдноч импедансной спиральной антенны,

150

волны тока, отраженной от свободного конца спиральной антенны. Об этом свидетельствует также рост реактив­ ной части входного сопротивления. Уменьшения этого эффекта можно достигнуть плавным увеличением угла б на последнем витке антенны. Экран в рассматриваемой антенне выбирается из тех же соображений, что и

уобычной однозаходной спирали.

5.6.Однозаходная спиральная антенна с опорным диэлектрическим цилиндром

Свойства собственных волн и области их существова­ ния в регулярной спирали, расположенной в двухслой­ ном диэлектрике, были рассмотрены в гл. 3. Рассматри­ ваемая антенна является отрезком такой замедляющей системы. Поле излучения определяется выражениями (5.9) — (5.16) при М = \, которые позволяют рассчитать диаграммы направленности, поляризационные и фазо­

ния (2.33), в котором функция -Fi()3a) определяется вы­ ражениями (3.90) и (3.91).

В гл. 3 показано, что в спирально-диэлектрической системе при любом значении ka выполняются условия существования для бесконечного^. количества собствен­

ных волн T±v . В частности, в интервале £а”акс ... ka\,

в котором на волне Г, наблюдается режим осевого из­ лучения, существуют все собственные волны 7’+у, где

v > l . Это обстоятельство требует, например, при анали­ зе работы антенны в режиме осевого излучения оценки полей излучения всех «мешающих» типов собственных волн. С ростом номера собственной волны уменьшается амплитуда поля излучения резонирующей пространст­ венной гармоники, поэтому достаточно оценить ампли­ туду поля излучения одной волны высшего типа, бли­ жайшей к Ti. Такой волной является волна Т-2 .

Были произведены численные расчеты полей излу­ чения волн Т± и Т- 2 для ег^2,5 . При этом в (5.10) и (5.11) учитывались члены с v = — 1, 0, 1, 2, 3, а в (5.12) и (5.13) — члены с v = l и 2.

Полученные результаты показывают, что максимум поля излучения волны Г_2 приблизительно на порядок меньше максимума поля излучения волны Ti при усло-

151

ка=1

Рнс. 5.38. Теоретические диаграммы направленности одиозаходной

спирально-диэлектрической антенны в режимах Т\ и Т -2. er=i,05, а=ю°, N = *6, ф=и.

Рис. 5.39. Теоретические диаграммы направленности одмозаходной

спирально-диэлектрической антенны в режимах Т\ и Т - о. £r= l,I, а=10“, ЛГ=6, ф=о.

вии равенства амплитуд токов в заходе спирали, соот­ ветствующих волнам Ti и Т-2. Часть результатов расче­ та представлена на рис. 5.38, 5.39 в виде диаграмм на­ правленности волн Т1 и Т-2, нормированных к макси­ муму диаграммы направленности волны 7Y Указанное соотношение между полями излучения волн Тj и Т- 2

152

о

ДО­

РИС. 5.40. Теоретические диаграммы направ­ ленности одиозаходной спнральнр-^иэлектри- ческой антенны в режиме Т\.

/У=4, <J=10°, sr=|Q.

1ЭД

Рис. 5.41. Теоретические диаграммы направленности однозаходной спирально-диэлектрической атенны в режиме Т\.

N = 6. а = 10°, е = ю

Гt

154

' w °

Рис. 5.42. Теоретические диаграммы направленности однозаходиой спнралыю-диэлектрической антенны в режиме Тi.

155

позволяет при анализе работы антенны п режиме пря-’ мого осевого излучения учитывать лишь волну 7Y

На рис. 5.40—5.43 представлены диаграммы направленности для ряда параметров a, N, ег, рассчитанные по (5.9) — (5.16) с учетом указанных выше членов. Расчет производился в интервале изменения 1га, несколько боль­

шем интервала !га"якс ... ka'i. В качестве значений (5я

использовались значения, полученные из дисперсионного уравнения (2.33). Анализ результатов расчета показы-

вает, что в интервале k a о . . . k a 1 диаграммы направ-

ленности сохраняют осевой тип с уровнем обратного лепестка, не превосходящим 30—35% по полю от уровня

180° 1200

Рис. 5.43. Теоретические диаграммы направленности однозаходиоп сгшрально-диэлектрическоп антенны в режиме 7',.

главного, причем с ростом ka, а при неизменном ka с ростом е,- этот уровень возрастает. Увеличение в,- при­ водит к сужению главного лепестка диаграммы направ­ ленности при неизменном ka (естественно, не выходя­

щим за пределы интервала каыакс ...k a ' i). Это связано

с ростом замедления волны Т\ в области сильной дис­ персии.

Экспериментальные исследования подтверждают основные закономерности, полученные теоретически. На рис. 5.44 представлена часть диаграмм направленности по мощности, полученных экспериментально и теорети-

156

О ка =0,9

3 0 '

Опыт

Рис. 5.44. Теоретические и экспериментальные диаграммы направ­

ленности однозаходной спирально-диэлектрической антенны в режи­ ме Ти M=i, лг=н, а=Ш°, е,=2,5.

157

Чески для одного из образцов антенны. Эксперименталь­ ный макет имел экран размером Д , = 7 см, диаметр спирали 2а=2,5 см. В качестве диэлектрика использо­ вался полистирол.

показана аналогичная зависимость совместно с получен­ ной экспериментально для антенны, диаграммы направ­ ленности которой приведены иа рис. 5.44.

в гл. 3. В выражениях (5.9) — (5.13), определяющих поле излучения таких антенн, при расчетах достаточно учитывать только члены, соответствующие резонирую­ щим пространственным гармоникам.

158

Глава 6

ЭКВИУГОЛЬНЫЕ СПИРАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ

6.1. Геометрия, основные типы и общие свойства эквиугольных спиральных антенн

Эквиугольные спиральные антенны относятся к более широкому классу частотно-независимых антенн [21, 50]. Частотно-независимые антенны бесконечных размеров работают теоретически в неограни­ ченном диапазоне частот, поскольку в структуре антенны каждой длине волны X соответствует излучающий элемент неизменной фор­ мы, а соотношение размеров L излучающего элемента к длине вол­ ны X остается постоянным: LA =const (форма антенны определяется только углами). Для реализации на практике частотно-независимых антенн необходимо, чтобы структура конечных размеров имела бы такие же электрические характеристики и параметры, как и беско­ нечная структура. Этого можно достигнуть, если структура удовлет­ воряет принципу «отсечки тока», т. е. в том случае, если на неко­ тором участке структуры амплитуда тока резко уменьшается вслед­ ствие интенсивного излучения. Тогда высокочастотный предел ра­ бочего диапазона структуры конечных размеров определяется раз­ мерами области возбуждения структуры, а низкочастотный — мак­ симальными габаритами антенны. В настоящее время практически реализованные конструкции частотно-независимых антенн позволяют работать в диапазонах волн до 10: 1 . . . 20 : 1 {52, 59].

(0, ?) = А (6)^,

где А (0) — произвольная функция, выбор ее вида определяет фор­ му конкретного типа пространственной частотно-независимой антен­ ны; В —постоянный для данной антенны коэффициент, его величина определяет период пространственного повторения излучающего эле­ мента антенны в новом масштабе; чем больше В, тем больше отно­

Из бесконечного множества форм частотно-независимых антенн можно выбрать несколько конкретных видов, наиболее удобных для

получим одну из частных форм пространственной частотно-незави­ симой антенны (рис. 6.1,а). Такая форма пространственной частотнонезависимой антенны является общей по отношению к применяемым

159