книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

а вибратор 2— зеркалом или рефлектором.

Если от передатчика энергия подводится к рефлектору по фидерной линии так же, как к антенне, то рефлектор назы­

сколько большую длину л о сравнению с вибратором. Пассивный рефлектор получает энергию от электромаг­

нитных волн, излучаемых вибратором 1. Эти волны прохо­ дят путь Х/4 и поэтому отстают по фазе на 90°. Электродви­ жущая сила, индуктируемая в рефлекторе, отстает еще на 90° от создающего его электромагнитного поля. Вследствие того что длина рефлектора больше, чем нужно для резонан­ са, его сопротивление становится индуктивным и ток в нём отстает от э.д.с. еще на 90°. В результате ток в рефлекторе отстает от тока в антенне на 270°, что равносильно опереже­ нию на 90°. Это и есть условие получения максимума излу­ чения в сторону, противоположную рефлектору.

Возможен другой вариант наилучшего излучения в одну сторону. Если к вибратору 2 подвести энергию от передат­

бибратор

Рис. 3. 11. Диаграмма направленности антенны из вибратора

идиректора.

Вэтом случае вибратор 2 служит антенной, а вибратор 1,

называемый директором, направляет излучение в свою сто­ рону.

Работа системы вибратор-директор объясняется сле­

120

дующим образом. Волны от антенны к директору проходят путь Я/4 и поэтому отстают по фазе на 90°. Индуктирован­ ная в директоре э. д. с. отстает еще на 90°. Но ток, создан­ ный этой э. д. с., опережает его на 90°, так как сопротивле­ ние укороченного вибратора имеет емкостный характер (по­ добно разомкнутой линии, у которой длина меньше Я/4). В ре­ зультате этого ток директора отстает примерно на 90° от тока антенны и характеристика направленности получается приблизительно такая же, как на рис. 3. 11.

Для получения наилучшего излучения в одну сторону применяют антенну с рефлектором и директором (рис. 3. 12).

ресрлентор

вибратор

директ ор

V4

Рис. 3. 12. Диаграмма направленности антенны из вибратора, директора и рефлектора.

Более острую направленность можно получить, применяя

Рис. 3. 13. Антенна «волновой канал» и ее диаграмма направ­ ленности в экваториальной плоскости.

121

§3. 5. Антенны ультракоротких волн

А. Общие сведения об антеннах ультракоротких волн (У К В )

Ультракороткие волны применяются в радиолокации, для передачи радиовещательных программ, в телевидении, для многоканальной радиосвязи и т. д.

Конструкция антенн УК В зависит от того, на какой час­ тоте диапазона работает антенна и для какого вида аппа­ ратуры она предназначена.

Радиовещательные антенны в станциях с частотной мо­ дуляцией должны быть ненаправленными и иметь хорошую частотную характеристику, но в более узкой полосе, чем те­ левизионные.

Антенны, применяемые в радиолокационных станциях, имеют хорошую направленность (для точного определения координат целей). Форма диаграммы направленности долж­ на удовлетворять требуемому для поиска цели методу об­ зора пространства и требуемой точности измерения ее коор­ динат.

По расположению элементов излучения антенны УК В делят на линейные и поверхностные.

Поверхностные антенны имеют особенности. В то время, как линейные антенны преобразовывают ток высокой час­ тоты в электромагнитные волны и концентрируют радио­ волны в определенных направлениях, в поверхностных ан­ теннах эти функции распределены. Первую задачу решает излучатель (которым, в частности, может быть линейная антенна), а вторую (формирование диаграммы направлен­ ности) выполняет собственно поверхностная антенна. При этом существенную роль играет дифракция волн.

122

Вторая особенность поверхностных антенн в том, что наиболее типичные из них (с зеркалами и линзами) близки

коптическим системам.

Врадиолокации применяют в основном рупорные, пара­ болические, щелевые, линзовые и другие типы поверхност­ ных антенн.

Б.Рупорные антенны

Впростейшем случае в качестве излучателя электромаг­ нитной энергии может быть использован открытый конец волновода, так как в отверстии волновода существует пе­ ременное электромагнитное поле, а размеры этого отверстия сравнимы с длиной волны. Значит, отверстие волновода можно рассматривать как многовибраторную антенну, об­ разованную множеством элементарных излучателей. Откры­ тый волновод имеет следующие недостатки:

отражаются от открытого конца волновода, поэтому в нём

б) характеристика направленности получается довольно широкой, так как размеры излучающего отверстия невелики по сравнению с длиной волны.

Недостатки волноводного излучателя в основном устра­ няются присоединением рупора к концу волновода (рис. 3. 14). Благодаря тому, что площадь раскрыва рупора больше отверстия волновода, направленность излучения становится больше. Кроме того, рупор, имея поперечное се­ чение, постоянно увеличивающееся к концу, создает плав­ ный переход волнового сопротивления волновода к волно­ вому сопротивлению свободного пространства, при этом коэффициент отражения электромагнитных волн уменьша­ ется.

Таким образом, р у п о р н ы м и а н т е н н а м и называ­ ются такие антенны, в которых излучение и приём электро­ магнитных волн осуществляются при помощи открытого конца волновода с присоединенным к нему рупором.

На практике применяют секториальные, пирамидальные, конические, рупорные антенны (рис. 3. 14).

123

Рис. 3. 14. Рупорные антенны: а — секториальная; б — пира­ мидальная; в — коническая.

Секториальные и пирамидальные рупоры используют в сочетании с прямоугольными волноводами, а конические рупоры — с круглыми волноводами.

П р и н ц и п р а б о т ы р у п о р н о й а н т е н н ы . В от­ верстии рупора создается приблизительно синфазное поле, то есть напряженность поля во всех точках раскрыва рупора находится в фазе. Следовательно, излучение рупорной ан­ тенны можно рассматривать как излучение ряда синфазных элементарных вибраторов. Известно, что максимум излуче­ ния диаграммы направленности ряда синфазных вибраторов перпендикулярен плоскости, в которой расположены вибра­

124

различна. Это ухудшает направленность антенны. Исследо­ вания показали, что для наилучшей направленности при данной длине рупора имеется наивыгоднейший угол его раствора (обычно от 40° до 60°). Он уменьшается с увели­ чением длины рупора. При этом сужается главный лепесток

угол раствора имеет значение 15°, и угол раствора главного лепестка уменьшается до 23°. На рис. 3. 15 показано, что ширина главного лепестка характеристики направленности рупора меньше в той плоскости, в которой больше размеры рупора.

Р а ск р и вр у п о р а

д н Ö вертикальной плоскост и

д н б горизонтальной плоскости

Рис. 3. 15. Диаграмма направленности секториального рупора.

Рупоры широко применяют в качестве облучателей пара­ болоидов в РТС сантиметрового диапазона и как самостоя­ тельные антенны.

Д о с т о и н с т в а р у п о р н ы х а н т е н н :

1. Способность работать в сравнительно широком диапа­ зоне частот (они не имеют настроенных элементов). Но для

125

этого необходимо изменение настройки элементов согласую­ щих устройств линий, питающих антенну.

2.Почти полное отсутствие взаимного влияния рупорных

применять зеркала с подобным отношением линейных раз­

Чем больше соотношение между размерами зеркала и дли­ ной волны, тем меньше влияние дифракции и тем лучше направленность.

Таким образом, на более коротких волнах направлен­ ность улучшается. Ухудшение направленности на радио­ частотах происходит еще и потому, что фокусом зеркала мо­ жет быть только одна точка, а излучатель радиоволн, по­ мещенный в фокус, имеет значительные размеры.

Параболическая антенна состоит из облучателя и от­ ражателя (рефлектора). В качестве отражателя чаще при­ меняют два типа параболических зеркал: параболоид и пара­ болический цилиндр (рис. 3. 16).

Отражатель в виде параболоида улучшает направлен­ ность во всех плоскостях, но сложен в изготовлении, так как поверхность зеркала не должна отклоняться от по­ верхности правильного параболоида больше, чем на ѴгоЯАнтенны с отражателем в виде параболоида обеспечи­ вают (при достаточных его размерах) очень хорошую на­ правленность. Например,' если диаметр параболоида d ра­ вен ЗОЯ, то угол раствора главного лепестка диаграммы

126

Л= 10 см.

Влюбой плоскости сечения, проходящей через оптиче­ скую ось параболоида, диаграмма направленности очень узкая и по ширине одинакова (рис. 3. 17).

Рис. 3. 17. Диаграмма направленности параболической антен­ ны с отражателем в виде параболоида.

В плоскости сечения, перпендикулярной оптической оси параболоида, диаграмма направленности имеет форму кру­ га. Главный лепесток диаграммы направленности имеет вид вытянутой сигары.

127

Коэффициент направленного действия получается высо­ ким. Приближенно

Для d = 300 см получаем D = 10 - 302 = 9000 (при л = 1 0 см). Наличие заднего лепестка в диаграмме направленности ан­

тенны обусловлено краевым эффектом. Сущность этого яв­ ления заключается в том, что поле облучателя индуктирует

При необходимости иметь диаграмму направленности, узкую в одной плоскости и широкую — в другой, в качестве отражателя применяют усеченный параболоид.

Антенны с отражателем в виде усеченного параболоида формируют диаграмму направленности, узкую в горизонталь­ ной плоскости и широкую — в вертикальной (рис. 3. 18а). Если параболоид усечён в вертикальной плоскости, то диаграмма

направленности такой антенны будет узкой в вертикальной плоскости и широкой — в горизонтальной (рис. 3.186).

Рис. 3. 18. Диаграмма направленности параболической антен­ ны: а — усечение в горизонтальной плоскости; б — в верти­ кальной плоскости.

128

Антенны первого вида (рис. 3. 18а) служат для точного определения азимута цели, а второго (рис. 3. 186) — длй точного определения угла места.

В качестве излучателя в фокусе зеркала в простейшем случае помещается один вибратор. Чтобы по возможности направить всё излучение на зеркало, часто активный вибра­ тор используется вместе с рефлектором, а иногда еще и с директором (рис. 3.19а, б).

В сантиметровом диапазоне волн в качестве излучателя применяют рупорную антенну (рис. 3. 19в).

Г.Понятие о косекансных антеннах

изеркалах двойной кривизны

Косекансная антенна служит для получения специаль­ ной формы диаграммы направленности в вертикальной плос­

Для формирования такого вида диаграммы направленности

поверхность, дающую после 'отражения параллельный пучок лучей (3); участку зеркала 2 придана форма, обеспечиваю­ щая получение расходящегося пучка лучей (4). Совместной