§ 7. 6. Антенна с бегущей волной
Из полученного в предыдущем параграфе выражения
для множителя дискретной решетки, т. е. решетки, состоящей из отдельных излучателей, расположенных на некотором расстоянии d друг от друга, можно получить выражение для непрерывной линейной системы излучателей. Такой системой является проводник с бегущей волной или длинная щель в волноводе.
Не детализируя реальную излучающую систему, можно представить ее следующим образом: это произвольная излучающая линия (рис. 7. 13), однородная в направлении оси х и возбужденная токами с фазовым распределением, соответствующим бегущей волне с фазовой скоростью
.
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1107.png)
Рис. 7. 13. Провод, обтекаемый бегущей волной тока
Замедление волны в проводе
, что соответствует постоянной распределения
.
Разобьем мысленно излучающую линию (см. рис. 7. 13) на N излучающих частей длиной
. Сдвиг фаз между соседними элементами
.
Будем считать, что поле, излученное элементом провода dx, определяется так же, как и для элементарного диполя:
.
Тогда амплитуда результирующего поля
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1114.png)
Чтобы получить из (7. 12) выражение для амплитуды поля непрерывной решетки, следует учесть, что последняя получается предельным переходом от дискретной решетки, когда
, а число излучателей
. Так как при этом аргумент синусоидальной функции, стоящей в знаменателе выражения (7. 12), мал, а
, то
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1118.png)
или
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1119.png)
где
.
Таким образом, для провода с бегущей волной множитель системы
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1122.png)
График функции
показан на рис. 7. 14, а. Эта функция непериодическая и имеет одно наибольше значение, равное единице при U = 0. Из формулы (7. 14) следует, что уровень первого бокового лепестка относительно главного составляет 0, 21 (-13, 5 дБ).
Проанализируем множитель
непрерывной системы, определяющий ее направленные свойства, так как направленность элементар ных источников, образующих непрерывную систему, выражена весьма слабо. На рис. 7. 14. изображены графики функции » на которых штриховкой выделены участки, находящиеся в интервале
обобщенной координаты
. Этот интервал изменения
соответствует реальной ДН, т. е. значениям угла
. В случае
(синфазная система) интервалу углов
соответствует интервал
(рис. 7. 14, б). Диаграмма направленности, изображенная на этом рисунке, довольно хорошо совпадает с ДН дискретной решетки, если число излучателей в ней
(при
).
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1132.png)
Рис. 7. 14. К анализу множителя непрерывной системы излучателей:
а-вид функции
;
б-е-графики функции
при ![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1135.png)
Для определения ширины ДН по уровню 0, 7 поля необходимо положить
, т. е. решить трансцендентное уравнение
. Из решения этого уравнения следует
, откуда
и ![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1141.png)
Если
, что соответствует линейному изменению фазы вдоль провода, интервал изменений
сдвигается влево по оси (рис. 7. 14, в, г). Главный максимум ДН наклоняется при этой к оси решетки по направлению распространения волны (
), и при
он ориентирован вдоль оси системы. При
весь интервал изменения обобщенной координаты
, для которого
, расположен в пределах отрицательных значений оси
. Если
незначительно превышает единицу, то главный максимум ориентирован в направлении оси провода, но его величина уменьшается (рис, 7. 14, д). С увеличением замедления
величина главного максимума может сравняться с величиной первого бокового лепестка, и ДН провода будет состоять из нескольких примерно одинаковых лепестков (рис. 7. 14, е).
Ширина ДН отклоненного луча при
может быть определена по формуле
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1147.png)
где
—эффективная длина раскрыва системы.
Эта формула справедлива во всем секторе углов, кроме сектора, примыкающего к оси решетки и равного одной ширине главного лепестка ДН. В этом секторе не существует точки, соответствующей уровню 0, 7 поля с одной стороны главного лепестка ДН [12].
При излучении точно в направлении оси провода, имеющего большую длину
, ширина ДН
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1150.png)
Таким образом, при осевом излучении зависимость ширины ДН от относительной длины антенны
более слабая, чем в случае синфазной антенны или антенны с линейным изменением фазового сдвига[2].
Следовательно, при отклонении ДН, т. е. при сканировании, ширина ДН изменяется; изменяется также ширина и форма боковых лепестков. Если при
главный лепесток ДН имеет форму диска (рис. 7. 15, а), а при
- вытянутого эллипсоида вращения (рис. 7. 15, в), то при
направления главного излучения образуют поверхность конуса вращения относительно оси системы (рис. 7. 15, б).
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1154.png)
Рис. 7. 15. Изменение формы ДН антенны бегущей волны
при отклонении главного максимума:
а-поперечное излучение; б-наклонное излучение;
в-продольное излучение;
г-зависимость направления максимального излучения антенны бегущей волны от ее длины
Если
, а элементарные источники, образующие провод с бегущей водной, обладают направленными свойствами
формула (7. 13)), то в направлении оси провода (
), где множитель системы
максимален, результирующее поле обращается в нуль, так как в выражении (7. 13)
. В связи с этим результирующее поле оказывается максимальным в некотором промежуточном направлении, составляющем угол
с осью провода. При большой относительной длине провода (
) это направление можно приближенно определить с использованием формулы (7. 13) путем приравнивания числителя значению
:
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1161.png)
откуда
.
Если принять
и ввести в рассмотрение угол
, отсчитываемый от оси провода (
, то
![](https://konspekta.net/megalektsiiru/baza15/2042113363969.files/image1166.png)
При большой длине провода угол
мал, и
можно разложить в ряд
откуда
Так, если
то
, а если если
то
(рис. 7. 15, г).
Изменение длины волны генератора слабо сказывается на направлении максимального излучения
, а также на входном сопротивлении. Поэтому провод в режиме бегущей волны является диапазонной антенной.
Следует учитывать тот факт, что реальные антенны бегущей волны имеют не постоянное, а спадающее от начала к концу амплитудное распределение поля (тока) вследствие наличия затухания, обусловленного излучением энергии. Это вызывает изменение формы ДН провода. Однако, если поле в конце провода уменьшается не более чем в три раза по сравнению с полем в начале, искажения ДН незначительны и при расчете ДН можно пользоваться множителем системы
.
Воспользуйтесь поиском по сайту: