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

При такой разности фаз токов, опережения по фазе полей вибраторов вдоль оси системы за счет разности хода d оказывают­ ся скомпенсированными начальными сдвигами по фазе токов в зибраторах.

Подставляя в (3.J3) найденное значение ф0. получаем диаграм­ му направленности продольно излучающей системы:

Следует отметить необходимость ориентировки излучателей в линейной синфазной, прямофазной и продольно-излучающей систе­ мах таким образом, чтобы в главном направлении, где множитель системы максимален, было обеспечено максимальное поле каждого чз излучателей системы.

Так, например, при ориентировке полуволновых вибраторов вдоль оси системы (см. рис. 3-6, а) при любой фазировке токов поле здоль оси будет равно нулю, так как в этом направлении каждый па вибраторов не излучает.

4.Линейная синфазная антенна и особенности

еедиаграммы

Рассмотрим более детально диаграмму направленности син­ фазной антенны, состоящей из полуволновых вибраторов, перпен­ дикулярных оси системы (см. рис. 3-6,6).

При отсчете угла наблюдения от нормали в плоскости, перпен­

дикулярной осям вибраторов, где /?i(a) - “ l. диаграмма опреде­ ляется формулой (3.16):

ны имеет один главный максимум в направлении нормали к оси. системы, где поле в п раз больше, чем у одного вибратора. Значе­ ние множителя системы в направлении нормали будет:

lim /рез (а) = п.

а -> 0.

d

Зная величины п и —, можно, задаваясь различными значения-

Л

ми я, построить диаграмму направленности каждой конкретной синфазной антенны, однако, даже не строя диаграммы, можно из (3.9) определить некоторые существенные особенности направлен­ ных свойств, синфазной антенны. *

Как легко видеть из (3.19), диаграмма имеет нулевые направ­ ления, углы которых определяются по значениям аргумента синуса в числителе, при которых он равен нулю:

принять

sin 2qi ~ аоь

82

Угол 2«oi между двумя соседними нулевыми направлениями, примыкающими к главному лепестку, называется раствором или шириной главного лепестка диаграммы по нулям:

Рассмотрим углы максимумов боковых лепестков, пользуясь нормированной диаграммой (3.19), и оценим их относительную вели тину или уровень.

мает нулевых значении и монотонно возрастает с ростом а, следо­ вательно, максимумы боковых лепестков близки к направлениям, в которых числитель максимален, т. е. когда

где aMS— угол к-гого максимума, при котором числитель (3.19) ра­

следовательно, углы боковых лепестков можно приближенно опре­ делять по формуле:

Подставив это значение sinaMK в (3.19) и положив в нем числи­

При большом количестве, вибраторов в синфазной антенне.

можно заменить синус в знаменателе аргументом, и выражение для относительной величины боковых лепестков примет вид:

Существенной особенностью этого выражения является незави­ симость его от числа вибраторов, а следовательно, и от размеров антенны.

Отсюда следует, что для синфазных антенн больших размеров, состоящих из вибраторов, токи в которых одинаковы, относитель­ ная величина боковых лепестков не изменяется при увеличении размера антенны, или иначе —увеличивая размер антенны, можшуменынить ширину главного лепестка, как это следует из (.3.23) но нельзя изменить относительную величину боковых лепестков.

шается.

Примерный вид диаграммы направленности показан на рис. 3-9 Эта диаграмма соответствует синфазной антенне из 6 вибраторов расположенных на расстоянии d== 0,57, и рассчитана в плоскости, перпендикулярной осям вибраторов.

В заключение вкратце рассмотрим во­ прос о возможностях уменьшения уровня боковых лепестков.

Как отмечалось, увеличение размеров линейной синфазной антенны, токи во всех вибраторах которой одинаковы по ампли­ туде (такое распределение амп'литуд токов называют равномерным), не приводит к изменению относительной величины боко­ вых лепестков. В тех случаях, когда' тре буется, чтобы антенна имела меньшие бо­ ковые лепестки, необходимо применять синфазные антенны, в которых амплитуде токов вибраторов неодинакова.

Расчеты показывают, что для уменьше­ ния боковых лепестков амплитуда токов е средних вибраторах должна' быть наи­ большей, а к краям антенны должна уменьшаться.

Теоретически можно найти такое рас­ пределение амплитуд токов в вибраторах синфазной линейной системы, что диа­ грамма антенны будет иметь только глав­ ный лепесток, а боковые лепестки вообще

будут , отсутствовать. В этом случае относительные целичинь; амплитуд токов в вибраторах системы совпадают с биноминальны ми коэффициентами, и распределение амплитуд тока по линейног системе именуется биноминальным. •

Рассмотрим в качестве иллюстрации синфазную систему с би­ номинальным распределением амплитуд токов.

84

Пусть имеется синфазная система из пяти ненаправленны.- вибраторов, амплитуды токов в которых распределены по биноми­ нальному закону 1: 4: 6: 4:1, и расстояние между вибраторами

Расположим полуволновые вибраторы перпендикулярно ост. системы (см. рис. 3-6, б) и будем рассматривать диаграмму в пло­ скости YZ, перпендикулярной осям вибраторов.

Примем амплитуду тока в крайнем из вибраторов за единицу. Рассмотрим диаграмму двух соседних вибраторов при ампли­

туде их токов, равной единице. Угол будем отсчитывать от норма­ ли к системе (от оси Y на рис. 3-6,6).

По правилу перемножения, имеем для двух синфазных вибра­ торов:

Рис. 3-10. Последовательное наложение вибраторов при образовании сипфэзной системы с биноминальным распределением амплитуд токов:

иси на - у - (тройка вибраторов); в — система, составленная из двух

система из двух четверок вибраторов

Рассматривая эту пару вибраторов.как одиночный излучатель с центром в точке 0 2 (рис. 3-10.а), образуем линейную систему из

двух таких пар вибраторов, с расстоянием между центрами пар 0 2.

равным (рис. 3-10,6).

При размещении двух пар вибраторов на расстоянии Т)- сред­

ние вибраторы совмещаются и их можно заменить одним вибрато­ ром с током двойной амплитуды. ‘

В дальнейшем при совмещениях нескольких синфазных вибра­ торов будем заменять их одиночным вибратором, ток которого увеличен в соответствующее число раз.

Диаграмма одиночного излучателя системы из двух пар вибра­ торов будет диаграммой пары вибраторов:

Применяя правило перемножения, получаем диаграмму синфаз­ ной системы из трех вибраторов, амплитуды токов в которых соот­ носятся, как 1 : -2 : 1:

f3(«) = 2 cos2 '-2- sin а

Налагая одну на другую две тройки вибраторов, смещенные

X

на -ц- (рис. 3-10, в), получим систему из четырех вибраторов с рас­

пределением амплитуд токов 1 : 3 : ,3 : 1.

Диаграмму этой системы получим, как и предыдущие, рассмат­ ривая ее как синфазную систему из двух одинаковых излучателей (троек вибраторов), центры которых расположены на расстоя-

Наконец, из двух четверок вибраторов, смещенных на —, полу­

чаем синфазную систему из пяти вибраторов е биноминальным распределением амплитуд токов 1: 4: 6: 4 : 1, диаграмма которой, будет:

86

Легко видеть, что эта диаграмма имеет только один максимум при a - -0 и не имеет боковых лепестков, поскольку в пределах

о т ----—до — косинус принимает максимальное значение только

один раз.

На рис. M l показаны диаграммы синфазной антенны из 5 виб­ раторов при равномерном и биноминальном распределении ампли­ туд токов. Как легко видеть, диаграмма системы с биноминальным распределением оказывается более широкой, чем при равномерном распределении амплитуд.

СИНФАЗНАЯ АНТЕННА С НЕПРЕРЫВНЫМ РАВНОМЕРНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ

представляет интерес случай, когда расстояние между вибратора­ ми d стремится к нулю, т. е. излучатели располагаются вплотную один к другому. Такое распределение излучателей антенны назы­ вают непрерывным.

К рассмотрению непрерывных распределений излучателей сво­ дится упрощенный расчет направленных свойств некоторых антенн сантиметровых волн. Следует отметить также, что при достаточно больших размерах линейной синфазной системы диаграммы на­ правленности при непрерывном распределении и при расположе-

87

чии вибраторов на расстояниях d =* ^ оказываются в пределах глав

г.