Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устройства СВЧ и антенны. Часть 3. Устройства СВЧ. Учебное пособие
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное
бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
В.В.Чебышев
УСТРОЙСТВА СВЧ И АНТЕННЫ
Часть 3
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
для направлений 11.03.01, 11.03.02
Москва 2016
1
УДК 621.396.67
Чебышев В.В. Устройства СВЧ и антенны. Ч. 3. Устройства СВЧ:
Учебное пособие / МТУСИ. – М., 2016. - 46 с.
В соответствии с программой дисциплины «Устройства СВЧ и
антенны» излагаются основные положения теории устройств СВЧ и антенн.
Рассматриваются общие понятия и система параметров устройств СВЧ и
антенн, методы их исследования. Изложено описание работы и назначение
конкретных типов устройств СВЧ и антенн.
Для студентов МТУСИ, обучающихся по направлению подготовки
11.03.02 – «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», а также
11.03.01 – «Радиотехника».
Ил. 63, список лит. 2 назв.
Издание утверждено Методическим советом университета в качестве
учебного пособия. Протокол № 4 от 26.04.2016 г.
Рецензенты: В.М.Седов, к.т.н., доцент (МТУСИ)
А.А.Елизаров, д.т.н., профессор (ВШЭ)
© Московский технический университет
связи и информатики, 2016
2
10. Дискретные и непрерывные линейные излучающие системы
2
1
i
I
qe
I
12
1 1 1 2 2 2 1 2
12
( ) , ( ) , ( ) ( )
i r i r
ee
E A I F E A I F F F F const
rr
1
()
1
1 2 1
1
ir
e
i dr
E E E A I F qe
r
co srd
1
()
1
1
1
i dr
E A I F qe
r
()
1 ( )
i dr
qe F
р
()F
р
1
2
( ) 1 2 cos( cos )
2
F q q d
р
1; 0.q
12
II
( ) cos cos
2
d
F
р
max max
: cos
2
р
d
Fn
10.1. Излучение системы двух связанных вибраторов
Представим систему двух связанных вибраторов (рис. 10.1)
Рис. 10.1
Токи вибраторов находятся в соотношении
Поля вибраторов представим
Сложим поля вибраторов
Величина поля двух вибраторов
где
Функция
вибраторов и имеет вид:
характеризует направленные свойства двух связанных
- групповая характеристика направленности.
Примеры:
,
.
.
.
,
.
1.
Случай двух синфазных вибраторов
- диаграмма направленности имеет многолепестковый
характер, так что
.
3
.
min min
: cos (2 1)
22
р
d
Fn
2
dd
0,5d
( ) cos cos cos cos
22
р
d
F
2d
1; .q
( ) sin cos
2
р
d
F
0,5d
( ) sin cos
2
р
F
d
, где
, и чем больше величина,
тем больше лепестков в диаграмме направленности.
Если
Если
, то диаграмма имеет вид (рис. 10.2)
Рис. 10.2
, то диаграмма имеет вид (рис. 10.3)
2.
Если
Если
Рис. 10.3
Случай противофазных вибраторов. Имеем
.
, то
, и диаграмма имеет вид (рис. 10.4)
Рис. 10.4
, то диаграмма имеет вид (рис. 10.5)
4
Рис. 10.5
1; , .
24
qd
( ) cos cos
44
р
F
0; ( 0) 0.
; ( ) 1.
р
р
F
F
( ) cos cos
44
р
F
1
( ) ( ) ( )
р
F F F
3.
.
.
Диаграмма направленности имеет вид (рис. 10.6)
Вибратор, в направлении которого происходит сложение полей,
называют директором (это вибратор 1). Вибратор, в направлении которого
происходит ослабление полей, называют рефлектором.
В плоскости Е, где расположены вибраторы, диаграмма направленности
представляется как:
Групповая характеристика направленности Fp(Ɵ) в плоскости Е
совпадает с групповой характеристикой направленности в плоскости Н.
Представление диаграммы направленности в указанном виде выражает
принцип перемножения диаграмм, то есть диаграмма направленности
системы имеет вид диаграммы направленности одного элемента системы,
умноженного на групповую характеристику системы.
Рис. 10.6
.
5
Поля вибраторов оказывают влияние друг на друга и изменяют входное
2
( ),
1 1 11 2 12 1 11 12 1 11 1
1
I
e I z I z I z z I z z
вн
I
11
z
12
z
1вн
z
1
( ),
2 1 21 2 22 2 22 21 2 22 2
2
I
e I z I z I z z I z z
вн
I
12 21
zz
21
de E dz
z
*
12 12 1
1
.
2
dP de I
сопротивление. Для расчета входного сопротивления используем метод
связанных контуров. Для контура первого вибратора имеем:
где
сопротивление одиночного вибратора),
характеризует влияние второго вибратора на первый,
- собственное сопротивление первого вибратора (входное
- взаимное сопротивление,
- вносимое
сопротивление в контур первого вибратора под действием поля второго
вибратора.
Для контура второго вибратора имеем
где определение сопротивления аналогично предыдущему. По принципу
взаимности
.
Взаимные сопротивления определим, используя принцип наведенных ЭДС
(рис. 10.7)
Выделим элемент dz первого вибратора. Для выполнения граничного условия
E
0 на этом элементе предполагаем, что под действием поля второго
=
t
вибратора происходит перераспределение поля первого вибратора, так чтобы
создавалось (на элементе dz) ЭДС, противоположная указанному de. На
создание ЭДС сторонними источниками затрачивается мощность
В свою очередь, эту мощность можно определить соотношением, из которого
определяется z
1
нав
.
Рис. 10.7
6
Рассмотрим случай двух одинаковых синфазных вибраторов. Изменение
12 12 12
z R jX
1
,
1 12 1 11 1
2
I
z z z z z
вн вх вн
I
, 1 , cos
jn
n
I I e n N r d
сопротивления
в зависимости от расстояния между вибраторами d/α представлено
на рис. 10.8
Рис. 10.8
Тогда входное сопротивление первого вибратора определяется,
как
.
Для второго вибратора входное сопротивление определяется аналогично.
10.2. Излучение антенных решеток
Под антенной решеткой понимают распределение идентичных
излучателей (линейное, плоское, объемное). Линейное распределение
излучателей представлено на рис. 10.9.
Рис. 10.9
Пример распределения тока в решетке
Представим поле излучателей в точке наблюдения М
7
.
0
0
1
0
00
11
0
2 2 2
00
00
cos
cos
00
( , ) ,
( , ) ( , ) ,
( , ) ( , ) ,
( , ) ( )
n
ir
ir
ir
i n r
i r i r
ir
n n n
i r i r
i nd
i nd
nn
nn
e
E AI F
r
e e e
E AI F AI F
rr
e e e
E AI F AI F
rr
e e e
E A I F AF I e
rr
.
cos
()
i nd
рn
n
F I e
jn
n
I Ie
sin ( cos )
2
()
sin ( cos )/2
р
N
d
F
Nd
sin cos
2
cos
2
p
N
kd
F
kd
N
Диаграмма направленности решетки определяется по принципу
перемножения диаграмм. Диаграмма направленности имеет вид двух
множителей, где множитель решетки имеет вид
.
Пусть задано в решетке однородное распределение тока с изменением
фазы по линейному закону,
.
Тогда множитель решетки имеет вид
.
Рассмотрим режим синфазного излучения решетки (φ = 0).
В этом случае максимум диаграммы направленности направлен по
нормали к линии решетки. Множитель решетки в этом случае имеет вид
Рассмотрим этот множитель в виде (рис. 10.10)
8
.
22
d
0
max
2
d
min
2
d
cos
2
0,1,2...
d
mm
m
0
2
2
Nd
0,5
2 0,89 51
Nd
1
20lg 13,25E дБ
( 1)
1
L N d Nd
N
Рис. 10.10
Условие одного главного лепестка в видимой области
.
При
. При
. В полярной системе координат
множитель решетки в этом случае имеет вид (рис. 10.11).
Рис. 10.11
Лепестки диаграммы направленности определяются, как
,
Ширина основного лепестка «по нулям»
.
Ширина основного лепестка «по половинной мощности»
.
Уровень бокового излучения
.
9
Чем больше электрическая длина решетки
L
0 , cos 0, maxd d m m
1 cosdm
(1 ),
2
d
d
,
ф
c
d
V
ф
V
sin (cos )
2
()
sin (cos )
2
р
Nd
F
d
N
( ) sin
sin
р
N
F
N
( cos )
2
d
1( )
ф
Vc
, тем уже основной лепесток и
выше направленные свойства решетки.
Режим наклонного излучения решетки возникает при условии
. Диаграмма направленности имеет вид
(рис. 10.12)
Рис. 10.12
Условие для одного главного лепестка диаграммы имеет вид
.
Режим осевого излучения решетки возникает при условии
.
Имеем соотношения
.
Тогда
.
Для решетки бегущей волны:
, где
- фазовая скорость
бегущей волны. Тогда множитель решетки имеет вид
.
Рассмотрим множитель решетки в виде
В случае
,
.
этот множитель представляем на рис. 10.13.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]