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

50

Рис. 3.6. Зависимость ka от а для первой нор­ мальной волны в двухзаходной спирали.

Область значений ka и а, при которых в многозаходной спиральной антенне существует режим осевого из­ лучения с поляризацией в направлении оси, близкой к круговой, заштрихована двойной штриховкой. Наи­ большую ширину по частотной шкале эта область имеет при а = а 0Пт, определяемом из уравнения

Рис. 3.7. Зависимость ka от а для нулевой нор­ мальной волны в двухзаходной спирали.

При Q ,= 1 из (3.39) следует приближенное выражение

в (3.41), получаем следующую приближенную формулу

ДЛЯ ССопт-

aonT~arcsin[M/(M+2)]. (3.43)

Значения а 0пт, выраженные в градусах, рассчитанные из (3 41)

с учетом нерезонансных членов, и более приближенные, рассчитан­ ные по (3.43), даны в табл. 3.2.

52

Рис. 3.8. Зависимость ka от а для первой нор­ мальной волны в двухзаходнон спирали.

Из таблицы следует, что уже при М~^2 оптимальный угол намотки слабо зависит от отношения aoja.

При а = а 0пт граничные значения ka области режима осевого излучения и коэффициент перекрытия по часто­ те определяются приближенными выражениями:

53

Как видно, с ростом числа заходов М коэффициент пе­ рекрытия по частоте спиральной антенны, возбужденной

врежиме первой нормальной волны (в режиме прямого осевого излучения), растет. Диапазон частот, в котором наблюдается режим осевого излучения, расширяется как

всторону высоких, так и в сторону низких частот.

Будем считать средним в рабочем диапазоне значе­ нием k a значение, удовлетворяющее условию kamKClkacp=

При наличии ошибки в разности фаз и в равенстве амплитуд возбуждающих заходы токов (э. д. с.) в общем случае возбуждают­ ся все нормальные волны. При заданных а и интервале ka каждая нормальная волна представляет собой определенную собственную

чения спиральной антенны необходимо учитывать поля тех собствен­ ных волн, которые существуют при заданных ka и а. Рассмотрим эти волны.

54

М=2, Q,=0

Рис. 3.9. Качественные дисперсионные характеристики нуле­ вой и первой нормальных волн в двухзаходной спирали.

Рис. 3.10. Дисперсионные характеристики собственных воли в двухзаходной спирали с оптимальным углом на­ мотки.

55

дисперсию. Ее фазовая постоянная (J близка к значению [v (п + + l)ctga/ a]—/г. В соответствии с (3.28) при п—— 1 имеем v (/г-|-1 )= ^ ,

следовательно, для указанных волн T'_q и Т '^

ка--цп+1 j = q ( V Q H - tg " a + tg a) - 1,

£л!1а,к^ + 1 Цcos а.1 (1 + sin a).

При <7=0 волна Т '-д представляет собой волну Тд.

v t\\

Качественные дисперсионные характеристики — (ка) = Щ собст­

венных волн 7'+v для двухзаходной спирали при а < a0UT показаны на

рис. 3.9. Дисперсионные характеристики двухзаходной спирали с оп­ тимальным углом намотки, рассчитанные из (2.18) и (3.29), показаны на рис. 3.10. В табл. 3.3 даны значения граничных ka для различных

56

При работе спиральной антенны в основном режиме осевого

излучения на волне все другие типы собственных волн Т сле­

дует рассматривать как «мешающие». Прочерки в таблице означают, что при выбранном а = а 0пт для соответствующих типов собственных

Подставляя в (3.48) выражения (3.32) и (3.36) и решая его относи­ тельно tg а, получаем

волн Т0 и 7Y Кроме того, для волн T'-q нетрудно полу­ чить значение а макс = 90°, учитывая, что для них ka •М1Ш=0.

При приближенных расчетах в выражении (3.49) можно положить Q = 1 . В этом случае значения а„акс

для волн TvW и 7’_v(H+I) совпадают, так как

2v(ti) +M = 2v(n + l ) —М.

Табл. 3.3 и 3.4 позволяют определить типы «мешаю­ щих» собственных волн и интервалы ka, в которых они существуют.

Во всех собственных волнах 7"+v(re) правовинтовой

спирали резонируют пространственные гармоники с по­ ложительными индексами v (/?■)•

Анализ дисперсионного уравнения (2.19) для лево­ винтовой спирали приводит к точно таким же результа­ там, которые были получены для правовинтовой спира­ ли. Но в отличие от нее в собственных волнах левовин­ товой спирали резонируют пространственные гармоники

57

с отрицательными индексами v(n). При принятом интер­ вале значений q (q i= 0, q2 = M — 1) q-я нормальная волна в правовинтовой спирали соответствует (М—q )-й нор­ мальной волне в левовинтовой спирали, за исключением q = 0. Значение q = 0 дает как в право-, так и в левовин­ товых спиралях одну и ту же нормальную волну. Режим осевого излучения в левовинтовой спиральной антенне имеет место на (М— 1)-й нормальной волне, в которую входят собственные волны поля 7±(-i) с минус первой резонирующей пространственной гармоникой. Причем прямое осевое излучение дает волна ^-l), обратное-— волна Г_(_1). Все полученные выше формулы для гранич­

58

рующая v{n)-я пространственная гармоника имеет поло­ жительную фазовую скорость (является прямой), в волне T'-j-vfn)) эта гармоника имеет отрицательную фазовую скорость (является обратной).

3.3. Многозаходная спираль с двусторонней намоткой

Собственные волны М-заходной спирали с двусто­ ронней намоткой определяются дисперсионными уравне­ ниями (2.18) и( 2.19), причем (2.18) определяет собст­ венные волны, которые имеют резонирующие гармоники с положительными индексами v, а (2.19)— с отрица­ тельными индексами v.

В соответствии с данными § 3.2 эти собственные волны обозначим символами 7 \ г , и 7\ г Интервалы

существования этих волн определяются граничными зна­ чениями 1га, следующими из выражений (3.32) — (3.35):

отсюда следует, что пространственные гармоники с одинаковыми по величине, но разными по знаку индексами v(n) входят в нормальные волны с номерами q и М—q. В q-ю волну входят гармоники с индек­ сами

59