книги из ГПНТБ / Молодов Б.И. Антенны (учебное пособие)

Кйк видно из рис. 5-40, косинус этого угла имеет величину:

т. е. поле рассматриваемой системы из двух вибраторов имеет кру­ говую поляризацию. При движении вектора поля против часовой стрелки поляризация называется левой или левосторонней, а при движении по часовой стрелке —■правой или правосторонней.

Заметим, что направление вращения определяется по отноше­ нию к наблюдателю, смотрящему на источник излучения.

Если токи в вибраторах не одинаковы по амплитуде или при равенстве амплитуд фазовый сдвиг токов отличается от 90°, то суммарное поле оказывается эллиптически поляризованным.

Возвращаясь к случаю волны с круговой поляризацией, отме­ тим, что независимо от вида источника круговая поляризация по­ лучается в тех случаях, когда в рассматриваемой точке поле имеет две взаимно-перпендикулярных составляющих равной амплитуды-, сдвинутых но фазе на 90°.

Вектор поля вращается в сторону составляющей, отстающей по фазе на 90°.

При изменении фазы одной из составляющих поля на 180° направление вращения меняется на обратное.

ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ РЕШЕТКА [Л.6]

С помощью поляризационной решетки можно плоско поляри­ зованное поле преобразовать в поле с круговой поляризацией. .

Рассмотрим устройство и действие четвертьволновой поляриза­ ционной решетки, небольшой участок которой изображен на рис. 5-41.

т

но-поляризованное поле, электрический вектор которого составляет с пластинками решетки угол 45°.

Разложим поле вибратора, падающее на решетку, на два ли­ нейно-поляризованных поля, векторы которых в пространстве

как в волноводе, причем вследствие близости волны к критической

будет вращаться по часовой стрелке, т. е. поле будет иметь правую круговую поляризацию.

На рис. 5-41 справа от решетки показано направление вектора

и £ ‘2.l будут совпадать по фазе.

В результате сложения векторов поля £ 2ци £ 2- получим верти­ кальный вектор £ 2 суммарного поля, воздействующего на вибратор и наводящего в нем электродвижущую силу.

То, что вектор Е2 будет расположен именно вертикально, можно ■установить, сравнивая составляющие £ 2 . , с составляющими Е\: п E i поля Ei, создаваемого вибратором при излучении.

На рис. 5-42, а изображены в пространстве мгновенные величи-

когда их направления в пространстве противоположны. Из рисунка совершенно ясно, что при синфазности составляющих Е\ и вектор Е1, являющийся их суммой, в любой момент времени будет лежать в вертикальной плоскости, поскольку составляющие векто­ ры одинаковы по величине и изменяются во времени совершенно одинаково.

Риг. 5-42. Векторные диаграммы для мгновенных значений параллельных

иперпендикулярных составляющих полей:

и— иоде при излучении. Составляющие синфазны; б — поле при приеме волны с правосторонней поляризацией. Составляющие синфазны; с> — ноле при приеме волны с левосторонней

поляризацией. Составляющие противофазны

Поскольку Е2. и £2. тоже синфазны, то по совершенно анало­ гичным причинам Е2 будет ориентирован также вертикально.

Таким образом, при приходе волн с правой круговой поляриза цией в пространстве между вибратором и решеткой образуется линейно-поляризованное поле с вертикально расположенным электрическим вектором и в вибраторе наводится э.д.с.

Следовательно, антенна может быть использована в качестве приемной в том случае, когда на нее воздействуют волны с правой круговой поляризацией. Заметим, что при передаче рассматри­ ваемая антенна создает поле также с правой круговой поляриза­ цией.

Рассмотрим теперь другой случай приема, когда падающая волна имеет левую круговую поляризацию.

По сравнению с правой поляризацией здесь один из составля­ ющих векторов должен иметь противоположную фазу. Пусть со­ ставляющая Е'2 левой круговой поляризацией на входе

решетки опережает по фазе £2 на 90°. Пройдя через решетку, £2, отстанет по фазе от £2 еще на 90°, поэтому после прохождения

462

решетки векторы £ ', и Е2 оказываются сдвинутыми по фазе на 180°.

Суммарное поле в пространстве между решеткой и вибратором будет линейно-поляризованным, однако вектор электрического

сдвинут по фазе на 180° относительно Е'2] . Аналогичное построение может быть произведено для любого момента времени.

Следовательно, в любой момент времени вектор суммарного поля Е2 в пространстве между решеткой и вибратором ориентиро­

ван горизонтально. Так как в этом случае электрическое поле пер­ пендикулярно вибратору, то э.д.с. в нем наводиться не будет, и на вход приемного устройства сигналы не поступят.

Таким образом, рассматриваемая приемная антенна, созда­ ющая при передаче поле с правой круговой поляризацией, не при­ нимает волны с левой круговой поляризацией. Эта особенность характерна для всех антенн, создающих поле с круговой поляри­ зацией, независимо от их конструкции, поэтому можно сделать следующий общий вывод: антенны с круговой поляризацией при­ годны для приема волн круговой поляризации только с таким же направлением вращения, какое имеют волны, создаваемые этими антеннами при излучении.

Следует отметить, что антенны с круговой поляризацией можно

В любом случае антенной с круговой поляризацией принимается одна из этих волн.

Поляризационная решетка может быть расположена в раскрыве антенны с параболическим рефлектором или линзой и при усло­ вии линейной поляризации падающего поля, таким путем можно обеспечить получение поля с круговой поляризацией.

Применяя круговую поляризацию, можно в значительной степе­ ни уменьшить отражения от дождевых капель, маскирующих в некоторых случаях сигналы, отраженные от целей. При сфериче­ ской форме капель волна с круговой поляризацией б процессе отра­ жения изменяет направление вращения на обратное, поэтому антенна не принимает волны, отраженные от капель дождя.

Волны, отраженные от самолетов, имеют эллиптическую поля­ ризацию, поэтому они принимаются антенной при любом направле­ нии вращения.

СПИРАЛЬНАЯ АНТЕННА

Для получения поля с вращающейся поляризацией и для приема линейно-поляризованных волн, имеющих произвольную ориентировку электрического вектора, на сантиметровых и деци­ метровых волнах применяется спиральная антенна.

Устройство антенны схематически показано на рис. 5-43. Основ-

Рис. 5-43. Схема спиральной антенны

ным конструктивным элементом антенны является цилиндрическая спираль из проволоки или трубки, содержащая 6—7 витков. Длина

емый противовесом. Через отверстие в центре диска провод спира­ ли присоединяется к внутреннему проводнику гибкого коаксиаль­ ного фидера, внешний проводник которого присоединен к противо­ весу. предотвращающему возникновение токов на внешней оболоч­ ке фидера.

При указанных размерах спирали максимум диаграммы на­ правленности лежит вдоль оси спирали. Поле спирали в направле­ нии оси имеет круговую поляризацию, причем направление враще­ ния электрического вектора такое же, как и ход намотки спирали, таким образом, правая спираль (с. ходом витков по часовой стрел­ ке) создает поле с левосторонней круговой поляризацией.'

Напомним, что направление вращения поля с круговой поляри­ зацией определяется по отношению к наблюдателю, смотрящему на источник излучения.

При подведении высокочастотного напряжения к входу антен­ ны вдоль провода спирали возникает бегущая волна с фазовой скоростью, приблизительно равной скорости распространения волн в свободном пространстве. Амплитуда тока на большей части дли­ ны спирали приблизительно одинакова, поэтому спиральную антен-

164

излучение одного из витков с целью определения характера поля­ ризации волн, создаваемых спиралью.

ваться как излучающии диполь, причем амплитуды токов во всех четырех диполях одинаковы.

Так как диаметрально расположенные диполи отстоят один от

другого на -у и волна бегущая, то токи в них будут направлены

в одну сторону, следовательно, в направлении оси Z диполи 1 и 3 создадут электрическое поле с вектором Ev, параллельным оси К, а диполи 2 и 4 — поле с вектором Ех, параллельным оси X. Если спираль имеет правый ход намотки, то бегущая волна движется вдоль витка по часовой стрелке, поэтому ток в точке 2 будет .отста­ вать по фазе от тока в точке 1, откуда непосредственно вытекает, что в удаленной точке, расположенной на оси Z, равные по ампли­ туде взаимно-перпендикулярные векторы Ех и Еу сдвинуты по фазе на 90°. следовательно, поле имеет круговую поляризацию. Так как вектор результирующего поля вращается в направлении от точки 1 к точке 2 (рис. 5-44) и антенна излучает в положитель­ ном направлении оси Z (от читателя), то, по определению, круговая поляризация является левосторонней. Совершенно ясно, что любая

а.

четверка элементарных диполей, расположенных на расстоянии —

lti5

один от другого, аналогично показанной на рис. 5-44, но сдвинутая на любой угол вправо или влево вдоль витка, будет создавать вдоль оси Z также поле с левой круговой поляризацией. Разделив обе половины витка на четное число равных по длине малых эле­ ментов, образовав из них четверки, аналогичные рассмотренной выше, и суммируя их поля вдоль оси 2, получим общее поле одного' витка. Так как поле любой четверки диполей имеет левостороннюю круговую поляризацию, то и суммарное поле витка также будет иметь круговую левую поляризацию.

Поскольку каждый виток создает поле с одинаковой круговой поляризацией, то и суммарное поле рассматриваемой спирали бу­ дет иметь левую круговую поляризацию.

Для спирали с левым ходом витков поляризация будет право­ сторонней.

Следует заметить, что под большими углами с осью спирали поляризация оказывается эллиптической.

Диаграмма спиральной антенны имеет максимум вдоль оси спирали и в пределах примерно полуторакратного диапазона волн практически не изменяется (рис. 5-45).

Рис. 5-45. Диаграммы шестивитковой спиральной антенны

Таким образом, спиральная антенна может использоваться в пределах довольно большого диапазона волн. Следует заметить, что за пределами полуторакратного диапазона, когда длины рабо­ чих волн выходят за пределы от 0,7 Х0 до 1,2 Хп, где Х0 — расчетная длина волны, боковые лепестки и главный оказываются примерно одинаковыми по величине, т. е. антенна практически теряет направ­ ленность. ' ,

В пределах полуторакратного диапазона волн входное сопро­ тивление спиральной антенны также остается приблизительно постоянным, равным:

я вх = т - ^ ом,

где L — длина витка спирали.

166