Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Теория средств связи и радиотехнического обеспечения учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.10.2023

Размер:

9.99 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 3614 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 > Следующая >>>

- 130 -

S -

где

Е - в в/м,

(4.42)

120ОТ

-Б ВТ/М2.

Для передающей антенны функция направленности представляет зависимость напряженности или плотности потока электромагнитного поля, излучаемого антенной, от направления в равноудаленных от нее точках пространства

Е - £ ( t p, &)

ИЛИ
		S	- S (у?, £ )	при	D = c o n st ;
где у? и	£	-	углы, определяющие		данное направление	в прост
			ранстве;
	J) - расстояние от антенны.
Эта зависимость может быть получена измерением Е						или $
на поверхности сферы, в центре которой находится антенна, при
условии,	что	подводимая к		антенне	мощность постоянна.

Для приемной антенны функция направленности представляет со бой зависимость напряжения или мощности сигнала на ее выходи от направления приема

ипр = ипр (?> £)>	Рпр~Рпр(1Р>е')		ПРи V= const.
Эта зависимость	монет бить	получена	измерением и пр или Р пр
на выходе антенны при повороте		антенны и неподвижном излучателе г

постоянной мощности.

Для удобства сравнения направленных свойств антенны функция направленности нормируется к единице, т .е . относится к своему максимальному значению:

(4.48)

max

- 131 -

Un p ( f . ^

(4.44)

пр. m a x

Согласно принципу взаимности (обратимости) направленные свой ства антенны не зависят от того, работает ли она на передачу или на прием. Следовательно, нормированные функции направленности дан ной антенны при излучении и приеме сигналов одинаковы

ЬЕ (р ,

(<р, £ ) .

1рафическое изобранение нормированной функции направленности называется нормированной диаграммой направленности. Эта диаграмма в общем случае представляет собой некоторую объемную фигуру

(рис. 4.38).


Направление, в котором напряженность поля			(мощность Р		)
принимает максимальное	значение £___	прmax*		называют	на-
	/77ил	прmax*
правлением максимального излучения (приема),			или осью диаграммы
направленности. Углы	и £ ■ обычно отсчитываются от этого на

правления. В направлении максимального излучения (приема) функ ции направленности

В радиолокации очень часто вместо функций	направленности
kE((p,.t) И к^((р,£) пользуются ФУНКЦИЯМИ к£	((р,£) и к ц (у), £ ) .
Согласно выражениям (4.43) и (4.44)

- 132 -

(4.45)

Рпр (<Р>а >

(4.46)

пр max

Графическое изображение функции к£ ((р,£.) или кц (if), £ )

принято называть диаграммой направленности антенны по мощности. На практике обычно пользуются двуия сечениями диаграммы на правленности - в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Диа

грамма направленности в соответствующей плоскости строится в прямоугольной или полярной системах координат. Наиболее широко распространено построение диаграмм в полярной системе координат

(рис. 4 .37).

У?

	Рис.	4.37
Для диаграммы	направленности,	построенной по мощности в поляр
ной системе координат, расстояние		от полюса (точка 0 на рис.4.37)
до каждой точки	диаграммы пропорционально отношению

- 133 -

			np m a x
Количественная оценка направленности излучения (приема) ан
тенны по се диаграмме направленности в данной плоскости характе
ризуется величиной		угла раствора (шириной) диаграммы.
Ширина диаграммы в данной плоскости характеризуется утлом меж
ду дйумя направлениями, в пределах.которых напряженности поля,
создаваемого антенной в равноудаленных от нее точках, уменыпает-
ся в	Т/2 раз (	^	=0,707), а мощности - в два	раза	( к г =	=
= 0,5)	относителвно		своих максимальных значений	(рис.	4.37).

Реальные диаграммы направленности антенн РЛС обычно имеют сравнительно сложный многолепестковый характер. Однако при прибли женных расчетах вполне допустима простейшая апроксимация основно

го лепестка		диаграммы направленности в виде косинусоиды
						(4.47)
где	П.=—— ,	а 9 -	ширина	диаграммы направленности	на	уровне
	2 в
0,5	по мощности.
	Мерой концентрации		энергии, излучаемой антенной в		данном на
правлении, является коэффициент направленного действия						(к .н .д .),
который обозначается			через	Q .

Коэффициент направленного действия равен отношению плотности потока энергии, создаваемого антенной на данном направлении, к плотности потока энергии, который был бы создан на таком же уда лении идеализированной антенной ненаправленного действия при рав ной мощности их излучения

S(ip,L)

(4.48)

Коэффициент направленного действия показывает, во сколько раз возрастет плотность потока энергии в данной точке пространства при переходе от антенны ненаправленного действия к антенне направ ленной при неизменной мощности излучения.

- 134 -

Плотность потока энергии (мощности) на расстоянии D от все направленного излучателя согласно определению равна:

а -	р
а -	изл
* о -	4 jr D 2 >

где Ризл - мощность излучения антенны.

Коэффициент направленного действия для произвольного направле ния зависит от функции направленности. Эту зависимость можно опре делить следующим путем.

Представим выражение (4.48) в виде:
Ш	£ )	(? , v
Но в соответствии с	(4.48).
		= G	(4.49)
		m < ZX
		■
Следовательно, G((p,£)= &тах k2(tp,L) , где			значение Gmax

получается в направлении максимального излучения, для которого

k((p,Z)= I .

Характеристики передающей антенны - форма и угол раствора диаграммы направленности, коэффициент направленного действия - согласно принципу взаимности остаются такими же и для приемной антенны, улавливающей энергию радиоволн. Однако, кроме указанных характеристик, эффективность приемной антенны оценивается еще так называемой эффективной площадью приемной антенны.

При согласовании антенны со входом приемника ( т .е . при усло

вии R z = Щ х пр , где

S - сопротивление излучения антенны,

- активное сопротивление входной цепи приемника) мощ

Щх. ПР

ность сигнала на входе приемника пропорциональна плотности потока

		-	135 -
мощности у приемной антенны		Р	= ASПр	, где А - коэффи
циент,	называемый эффективной площадью приемной антенны.
Для	направленной антенны	мощность сигнала		на входе приемника

и, следовательно, ее эффективная площадь зависят от направления приема

_ - (4.50)

Зависимость эффективной площади приемной антенны от направле ния приема определяется, как и для к .н .д ., функцией'направленно сти

	А (У , £ )		= А тах к ( f ; £ ) .			(4.51)
Для	поверхностных антенн величина			А	пропорциональна	геометри
ческой	площади антенны	S	:A max= kS,	где	к - коэффициент исполь
зования	площади антенны	(	к =0,5*0,8). ■

Между коэффициентом направленного действия приемной антенны и ее эффективной площадью существует зависимость, определяемая выражением

		А -	Ол 2	или	4 Т А
			4 Т		(4.52)

где	Л	- длина волны.
			Виды радиолокационных антенн
	П о л у в о л н о в ы й в и б р а т о р я в л я е т с я п р о с т е й ш е й р а д и о л о к а ц и о н н о й ,
а н т е н н о й ,		ш и роко	и с п о л ь з у е м о й в		с о с т а в е б о л е е с л о ж н ы х а н т е н н д и а

п а з о н а у л ь т р а к о р о т к и х в о л н . Он п р е д с т а в л я е т с о б о й с п л о ш н о й и л и

р а з р е з а н н ы й	н а д в е	ч а с т и	п р я м о л и н е й н ы й п р о в о д ,	д л и н а		к о т о р о г о при
б л и к е н н о ( с	т о ч н о с т ь ю д о		3 —3:^) р а в н а п о л о в и н е	д л и н ы		в о л н ы питаю щ е
г о а н т е н н у г е н е р а т о р а .
Л и н и я п е р е д а ч и ,		п о к о т о р о й э н е р г и я п е р е д а е т с я от п е р е д а т ч и к а
к п о л у в о л н о в о м у в и б р а т о р у ( и л и о т в о д и т с я от н е г о					к п р и е м н и к у ) ,
п р и с о е д и н я е т с я о б ы ч н о к с е р е д и н е в и б р а т о р а ( р и с .					4 . 3 8 ) .

- 136 -

Рио. 4.38

Вполуволновой вибраторе устанавливаются стоячие волны тока

инапряжения, причем на конце вибратора существует наибольшая разность потенциалов, а в середине - наибольшее значение тока. Распределение амплитуд тока и напряжения вдоль вибратора показа но на рис. 4.38.

Функция направленности полуволнового вибратора имеет вид:

(4.53)

Диаграмма направленности вибратора в плоскости, проходящей через ось, показана на рис. 4.39. Она имеет два одинаковых лепест ка. Направления максимального излучения (приема) перпендикулярны

вибратору. На направлениях,	совпадающих с осью вибратора, излуче
ние практически отсутствует.
	6 = 9 0 °
к 2(	к ( е )
— ё = М ° -	е = о ~
	е = о ~

£ = 2 7 0

Рис. 4.39

- 137 -

Диаграмма направленности в плоскости, перпендикулярной к оси вибратора, имеет вид окружности.

Коэффициент направленного действия полуволнового вибратора очень мал: Q =1,64. Вследствие этого полуволновые вибраторы в

радиолокационных	станциях самостоятельно обычно не применяются,
а входят в состав	более сложных антенн.

В диапазоне метровых, а также дециметровых волн широкое распро странение получила сложная антенна, состоящая из системы вибрато ров и называемая директорией антенной или антенной типа "волно вой канал" (рис.4 .40).

Направление uauiantmeee

излучение


Директорная антенна в большинстве случаев		имеет один активный
и несколько пассивных вибраторов, выполненных		из алюминиевых труб.
К активному вибратору подключается линия передачи, соединяющая
антенну с приемо-передающим устройством.
Один	из пассивных вибраторов, называемый рефлектором, устанав
ливается	на расстоянии, примерно равном четверти длины волны от

носительно активного вибратора. Длина рефлектора обычно несколько больше . Иногда в качестве рефлектора вместо вибратора при

меняется металлическая сетка.

Яри помощи рефлектора ослабляется излучение радиоволн в заднюю

полусферу и уменьшается	угол раствора диаграммы направленности.
Перед активным вибратором укрепляется несколько пассивных ви
браторов, называемых	д и р е к т о р а м и ,	длина директоров
выбирается, как правило,	несколько меньше ■=&	, Расстояния меж

ду вибратсрами обычно устанавливаются экспериментально.

- 138 -

Пассивные вибраторы применяются с целью обострения диаграммы направленности полуволнового вибратора. Угол раствора диаграммы направленности и коэффициент направленного действия директорией антенны зависят от числа директоров.

Приближенно к .н .д . антенны & - ъп , где П - число дирек торов, Антенна о пятью директорами на волне 4 и имеет угол раст вора 40-45° и (? =20-25. В радиолокационных станциях метрово го диапазона для обострения диаграммы направленности применяют несколько директорных антенн, разнесенных по высоте.

Действие пассивных вибраторов основано на использовании вто ричного излучения: радиоволны, излучаемые активным вибратором, возбуждают пассивные вибраторы, вследствие чего последние стано вятся вторичными излучателями радиоволн.

Установка пассивных вибраторов относительно активного излуча

теля	осуществляется с таким расчетом, чтобы волны,	излучаемые
всей	системой вибраторов, ослабляли результирующее	излучение в

сторону рефлектора и, наоборот, усиливали его в противоположном направлений.

Директорные антенны широко применяются в диапазоне метровых и дециметровых волн. К недостаткам этих антенн следует отнести сложность настройки и сравнительно малую диапаэонность (примерно 7Й от средней рабочей частоты).

Рупорные антенны. Одним из распространенных методов излучения радиоволн на сантиметровых волнах является применение рупоров.

Как уже отмечалось выше, линии передачи выполняются на сантиметро вых волнах в виде волновода, волновод может заканчиваться расши рением в виде рупора. На рис. 4.41 показаны различные формы рупор-

Рис. 4.41

- 139 -

ных антенн. Одно из достоинств рупорных антенн состоит в той,

что	они могут использоваться в широкой диапазоне частот.
В	случае прииенения	секториального	рупора (рис.4 .4 1 ,а) диа-
граииы направленности в		горизонтальной	и вертикальной плоскостях

различны. Более острая диаграииа получается в той плоскости, ко торая имеет широкую сторону рупора.

Рупорные антенны просты по конструкции и обладают хорошей на правленностью. Однако получение очень узких диаграмм направленно

сти	(порядка нескольких градусов) при помощи рупорных антенн свя
зано	с большими техническими трудностями:	длина рупора должна во
много раз превышать длину волны. По этой		причине	рупорные антен
ны в	большинстве случаев используются в качестве		облучателей в б о -.
лее сложных антеннах. Р.упорная антенна очень часто применяется
для	облучения параболических отражателей.

Коэффициент направленного действия рупорных антенн монет быть

найден по формуле:
„	,	ч 4 Т А
Q -	(0,4 ■+- 0,6) ~ J T ~ >		( 4 . 5 4 )

где А - площадь отверстия рупора.

Ширина диаграммы направленности по точкам половинной мощности для секториального рупора (рис.4 .4 1 ,а):

в вертикальной плоскости

= 5 0 ,

(4.55)

в горизонтальной плоскости

д 1р= 6 8 - Т Г -

" (4- 56)

Щелевые антенны (рис.4.46) выполняются в виде узких щелей, прорезаемых ь стенке волновода, объемного колебательного контура (резонатора) или коаксиальной линии. Длина щели обычно выбирает ся равной половине длины волны —^— . Излучение радиоволн через

цели объясняется нарушением экранировки волновода. Щелевые актен-

<<< < Предыдущая 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 3614 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ