Anteny_Fidery

131

6.72. Определить ширину ДН на уровне 0,5 по мощности и КНД линейного непрерывного источника длиной L = 8λ, возбуждаемого током, амплитуда которого изменяется по закону типа «косинус на пьедестале», а фаза постоянна, если уровень первого бокового лепестка F1 (θ) = −25 дБ.

6.73. Линейный непрерывный источник, работающий в режиме поперечного излучения, имеет длину L = 14λ. Амплитуда тока вдоль излучателя постоянна, а линейный сдвиг фазы на краю источника по отношению к его середине равен Ф1 = π/3 рад. На какую величину

сместится максимум излучения источника относительно неискаженного положения луча?

6.74. Линейный непрерывный источник, работающий в режиме поперечного излучения, имеет длину L = 14λ. Амплитуда тока вдоль излучателя постоянна, а кубичный сдвиг фазы на краю источника по отношению к его середине равен Ф3 = π/3 рад. На какую величину

сместится максимум излучения источника относительно неискаженного положения луча?

6.75.Цилиндрическая спиральная антенна состоит из 6 витков, шаг спирали 2 см, длина витка 10 см, длина волны 10 см. Определить ширину ДН (в градусах) для обеих компонент напряженности электрического поля, максимальный КНД и входное сопротивление антенны.

6.76.Цилиндрическая спиральная антенна осевого излучения

имеет длину одного витка 2πа = 15 см и осевую длину L = 60 см. Определить ширину ДН (в градусах) для обеих компонент напряженности электрического поля, максимальный КНД и активную часть входного сопротивления антенны Rвх на волне длиной λ = 15 см.

6.77.На волне длиной 3 см определить ширину ДН в обеих плоскостях и максимальный КНД диэлектрической цилиндрической стержневой антенны, имеющей осевую длину 12 см.

6.78.Определить оптимальные размеры и максимальный КНД

цилиндрической стержневой антенны из полистирола (ε = 2,5), работающей на волне длиной λ = 10 см.

6.79. Определив оптимальные размеры цилиндрической стержне-

вой антенны из диэлектрика с ε = 2,5; tgδ = 5 ×10−3 рассчитать ее па-

раметры для работы на волне длиной λ = 12 см, найти значения максимальных КНД и КУ.

132

6.80. Определить оптимальные размеры и максимальный КНД конической стержневой антенны из полистирола (ε = 2,5), работающей на волне длиной λ = 10 см.

6.81. Определив оптимальные размеры конической стержневой антенны из диэлектрика с параметрами ε = 2,5; tgδ = 5 ×10−3 , рассчи-

тать максимальные КНД и КУ для работы на волне длиной λ = 12 см.

133

7. АПЕРТУРНЫЕ АНТЕННЫ

Основные теоретические сведения и расчетные соотношения

Плоские излучающие раскрывы

Для получения направленного излучения по обеим угловым координатам в диапазоне СВЧ широко применяются антенны с излучающими или отражающими поверхностями. Подобные антенны называются апертурными. Их характеристики излучения зависят как от формы поверхности, так и от амплитудно-фазового распределения поля, возбуждаемого на поверхности антенны сторонним полем или источником. При этом наибольшую направленность обеспечивает плоская синфазная поверхность с постоянным амплитудным (равноамплитудным) распределением.

Если излучающая поверхность Sp имеет прямоугольную форму, то

в дальней зоне ее нормированные амплитудные ДН описываются выражениями:

радианах между нормалью к поверхности антенны (ось Oz ) и направлением в точку наблюдения.

Ширина ДН апертурных антенн и уровень боковых лепестков в соответствующих плоскостях могут быть найдены по формулам (6.59)–(6.61) для ЛНС, в которых следует положить θ0 = π2.

При спадающем до нуля косинусоидальном распределении поля вдоль одной из осей прямоугольной излучающей поверхности, например вдоль оси Oy , нормированная амплитудная ДН антенны в плос-

кости, проходящей через данную ось (плоскость H ), имеет вид

134

Если излучающая поверхность Sp круглой формы, то при равно-

мерном распределении поля по раскрыву антенны выражения для нормированной амплитудной ДН и ее ширины (в радианах) в главных плоскостях имеют вид:

пер-вого порядка.

При спадающем до нуля параболическом законе распределения поля соответствующие выражения записываются так:

где J2 (0,5kdp sin θ) — функция Бесселя второго порядка.

КНД плоского излучающего раскрыва в направлении максимума излучения определяется по формуле

137

при углах раскрыва, которые соответствуют изменениям фазы (в радианах) на краях раскрыва: в плоскости H и Ф = π / 2 в плоскости E . Рупоры с такими значениями максимальных изменений фазы на краях раскрыва получили название оптимальных.

Размеры оптимального Н-плоскостного секториального рупора связаны между собой соотношением

ный 0,64.

Секториальные рупоры по сравнению с волноводными излучателями обеспечивают большую направленность только в одной из главных плоскостей. Для получения направленности в обеих плоскостях используются пирамидальные рупорные антенны. Пирамидальный рупор может быть остроконечным, если ребра рупора сходятся в одной

138

точке ( LHопт = LEопт ), или клиновидным, если ребра не сходятся в одной

точке ( LHопт ¹ LEопт ). Размеры оптимального пирамидального клино-

видного рупора рассчитываются по формулам (7.20) и (7.23), а остроконечного — по формулам

где ν — КИП раскрыва, равный 0,49.

Нормированные амплитудные ДН пирамидальной рупорной антенны при возбуждении ее волной H10 приближенно можно рассчи-

тать по формулам для прямоугольной синфазной апертуры с косинусоидальным в плоскости Н и постоянным в плоскости Е амплитудными распределениями:

E соответственно.

Размеры оптимального конического рупора, возбуждаемого волной основного типа круглого волновода, связаны между собой соотношением

139

где Lопт , dp — оптимальная длина и диаметр раскрыва рупора.

Ширина ДН (в радианах) оптимального конического рупора со-

где ν — КИП раскрыва, равный 0,51.

Потери в рупорных антеннах малы, и в расчетах обычно принимают КПД ≈ 1.

Зеркальные антенны

Осесимметричные параболические зеркальные антенны часто возбуждаются полуволновым вибратором с рефлектором или пирамидальным рупором, фазовые центры которых должны находиться в фокусе параболоида (рис. 7.3). Если облучатель создает сферическую волну, то за счет свойств параболоида сферическая волна преобразуется на выходе апертуры в плоскую, а относительно широкая ДН облучателя — в узкую ДН зеркальной антенны. Уравнение профиля осесимметричного параболического зеркала в декартовой системе координат определяется формулой

где R — расстояние из фокуса до произвольной точки на поверхности зеркала;

ψ — угол между осью зеркала и направлением из фокуса в произвольную точку на поверхности зеркала;

fa — фокусное расстояние (расстояние от вершины зеркала до

фокуса).

В направлении зеркала нормированная амплитудная ДН облучателя приближенно может быть описана выражением

Fобл (ψ) ≈ cosm ψ , m ³1.