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

пенсированным опережением по фазе на такой же угол тока в виб­ раторе 2 относительно тока в первом вибраторе.

Такого рода компенсация пространственного запаздывания или опережения по фазе поля излучателя соответствующим сдвигом начальной фазы его тока будет неоднократно встречаться в даль­ нейшем.

Как указывалось выше, изменение расстояния между излучате­ лями также приводит к изменению направленных свойств системы. Покажем это для случая вибраторов, питаемых со сдвигом по фазе

X

на 90°. как в примере 2. но отстоящих на а = — .

Произведя вычисления, совершенно аналогичные приведенным в примере 2. получим для амплитуды результирующего поля:

нием поля Е2 относительно Еь равен сдвигу по фазе в сторону опе­

70

Рис. 3-5. Диаграмма направленности двух вибраторов, питаемых со сдвигом по фазе

90 при

Здесь срм определяет направление, в котором поле принимает максимальное значение, т. е. угол максимума диаграммы.

В направлениях « = 0 и 180° поля вибраторов оказываются сдвинутыми по фазе соответственно на 270 и 90°, поэтому суммар­

ное поле равно У~2 Ё„.

Рекомендуем читателю самостоятельно рассчитать диаграмму направленности данной системы и проанализировать фазовые сдвиги между полями Е2 и Е, в указанных выше направлениях..

На примере двух вибраторов нами установлены некоторые воз-

. можности обеспечения направленного излучения за счет интерфе ренции волн этих вибраторов.

Однако для получения большой направленности система из двух вибраторов непригодна.

Высокую направленность можно получить, используя системы, содержащие десятки и сотни соответствующим образом располо­ женных и возбуждаемых излучателей.

Наиболее, существенные особенности и соотношения, характер­ ные для систем из многих излучателей, можно получить, рассмат­ ривая линейную систему излучателей, в которой одинаковые излу­ чатели расположены вдоль прямой на равных расстояниях.

71

2. Направленные свойства линейной прямофазной системы из одинаковых излучателей (одномерная решетка)

Пусть вдоль оси z, в дальнейшем называемой осью системы, ьа одинаковых расстояниях d расположено п одинаковых по кон­ струкции и одинаково ориентированных в пространстве излучате­ лей, например, полуволновых вибраторов (рис. 3-6, а и б), подклю­ ченных с помощью фидеров к общему генератору.

Рис. 3-6. Расположение вибраторов линейной системы излучателей:

// о т вибраторов вдоль оси системы; б ■оси вибраторов перпендикулярны оси системы

Токи в вибраторах линейной прямофазной системы но ампли­ туде одинаковы, по фазе же имеют сдвиг в сторону запаздывания.' равномерно нарастающий вдоль системы, а именно, токи вибрато­

няется вдоль системы по линейному закону, по этой причине систе­ ма названа прямофазной.

Определим поле, создаваемое линейной системой в удаленно!

вибраторов в точку Р, параллельны, поэтому разности ходов лучен от соседних вибраторов до точки Р. имеющие величину \R d cos 0. одинаковы для всех вибраторов.

72

Поскольку разница в расстояниях Ru R% ...,Rn невелика и токи а вибраторах одинаковы, то все вибраторы будут создавать в точ­ ке Р поля, практически одинаковые по амплитуде:

|£ [| = |£-2|= ... = |Я п|.

При суммировании полей в точке Р примем фазу поля первого вибратора за нулевую, тогда комплексная амплитуда его поля будет:

и на —б0 — вследствие запаздывания по фазе тока в этом вибра­

73

торе. Таким образом, результирующий сдвиг по фазе поля Е>{Р) относительно РДР) имеет величину:

кой же фазовый сдвиг ф, так как разность хода АР и сдвиг токоя по фазе точно такие же, как в предыдущем случае, поэтому

Е3{Р) = Е,-е .

Аналогично получаются выражения для полей остальных излу­ чателей:

i ( n — J) •.

74

75

Из. этого выражения следует правило перемножения диаграмм-

словами, математически выражает результат интерференции радио­ волн при заданном конкретном расположении и способе питание излучателей.

При заданном угле наблюдения 0 сдвиг фаз между полями соседних вибраторов не зависит от направления, в котором распо­

плоскости, проходящей через ось системы. В плоскости, перпенди ­ кулярной оси системы, условия интерференции одинаковы при лю­ бых значениях угла ср, поэтому направленные свойства линейной системы в этой плоскости такие же, как у одиночного излучателя.

нии —, как вибраторы 1 и 2 на рис. ЗД, б. Токи вибраторов одина­

ковы по амплитуде и совпадают по фазе. Необходимо составить выражение для диаграммы направленности в плоскости, перпенди­ кулярной вибраторам (плоскость YZ на рисунке).

По устройству система является линейной прямофазной, так как излучатели одинаковы, одинаково ориентированы и токи в них

.одинаковы по амплитуде.

Осью системы в данном случае является ось Z. Применим правило перемножения диаграмм.

ТУ

В рассматриваемой плоскости излучатели ненаправлены, поэто­ му для одного излучателя F/ (0 )

Параметры линейной системы:

Необходимо определить нормированную диаграмму системы. Здесь также Fi (0 )= 1.

Данные линейной системы:

относительно другого и питаемые так же, как в примере 2 , нахо-' дятся в плоскости YZ (см. рис. 3-6,6). Требуется определить ре­ зультирующую диаграмму в этой плоскости.

Множитель системы в любой плоскости, проходящей через ось системы, одинаков, поэтому он будет таким же, как в примере 2 :

/сист (0 )—2 cos “- ( 1 + C O S 0 ) .

Диаграмма направленности одного вибратора при отсчете угла от нормали к вибратору имеет вид:

C0S ( ~2~Sitl ®

cos В,

следовательно.

Как легко видеть, применение правила перемножения и форму­ лы (3.12) значительно упрощает вывод диаграмм направленности линейных систем.

3. Поле и диаграмма направленности линейной

Как указывалось, результат интерференции математически выра­ жается формулой (3.12), поэтому для изучения особенностей диаграмм линейных прямофазных систем проанализируем множи­ тель системы

для некоторых характерных фазовых сдвигов б0 токов в соседних излучателях.

Для определенности будем рассматривать поле и диаграмму антенны, полуволновые вибраторы которой расположены перпен- » дикулярно оси системы, как на рис. 3-6, б. Диаграмму направлен­ ности будем определять в плоскости YZ, перпендикулярной осям вибраторов, где она совпадает с множителем системы.

Прежде всего определим, в каком направлении лежит** главный максимум диаграммы и какова величина поля в этом направлении.

78

Ограничимся рассмотрением систем, в которых расстояние между вибраторами ~ и фазовый сдвиг |60| < - ; при этом

имеется только одно значение В, при котором суммарное ноле при­ нимает некоторое наибольшее значение и к =--б. Заметим, что при

диаграммы (при 6 = 2 -; 4~ и г. д.).

,Предположим, что задан некоторый фазовый сдвиг 60 между

совпадают по фазе потому, что опережение по фазе —— d cos 0 Мполя

каждого последующего вибратора относительно предыдущего,

79