Основные электрические параметры антенн. Эффективная площадь антенны А, страница 41

Рассмотрим качественно работу спиральной антенны. Когда длина волны оказывается примерно равной длине витка, фазовая скорость распространения волны  резко падает до значения примерно (0,7 0,8) С , а по мере дальнейшего

укорочения волны плавно растет, приближаясь к скорости света. При достаточно большой длине антенны в проводе спирали возникает режим, близкий к режиму бегущих волн. Если при этом шаг спирали лежит в пределах от 0,15 до О,З  , то максимум диаграммы направленности оказывается ориентированным вдоль оси спирали (рис.8), излучаемое поле в направлении сои спирали имеет поляризацию, близкую к круговой, а в других направлениях поляризация поля оказывается эллиптической. Входное сопротивление тонны получается сравнительно большим ( ~ 150 ом) и почти чисто активным.

Такой вид работы, называемый режимом осевого излучения, имеет место в весьма широкой полосе частот(1,7). Спирали в режиме осевого излучения находят весьма широкое применение в качестве антенн с вращающейся поляризацией.

Рассмотрим излучение одного витка спирали, полагая при этом, что ток вдоль витка распределяется по закону

где l - расстояние, отсчитываемое вдоль витка.

Это выражение, соответствующее бегущей волне, можно представить двумя стоячими волнами, сдвинутыми по фазе на , в виде

Амплитуда первой из них меняется вдоль витка по закону косинуса, (рис.9,а), а второй - по закону синуса (рис.9,б). Получается как бы четыре изогнутых полуволновых вибратора.

Поля, излучаемые верхним и нижним вибраторами (рис.9,а),складываются синфазно в плоскости уоz. Так как, кроме того, каждый из вибраторов дает максимум излучения в плоскости хоу , то в

направлении оси оz получается максимум излучения. При этом суммарное попе имеет горизонтальную поляризацию.

Поля, излучаемые правым и левым вибраторами (рис.9,б), также дают максимум в направлении оси оz, но поляризация суммарного поля оказывается вертикальной. Так как между стоячими волнами (рис.9,а и б) имеет место сдвиг по фазе, равный , то излучаемое в направлении оси oz плоским витком поле будет обладать круговой поляризацией. Под некоторым острым углом к оси oz поле будет иметь эллиптическую поляризацию, а в плоскости витка (плоскость хоу ) поляризация будет линейной.

Рассмотренная приближенная картина излучения витка спирали справедлива в случае, когда в проводе спирали устанавливается режим, близкий к режиму бегущих волн. Последнее может иметь место лишь при малых отражениях от конца спирали. Исследования показали, что при большом числе витков () отраженной от конца спирали волной можно пренебречь. Интенсивное излучение энергии в окружающее пространство, сопровождающее движение волны вдоль провода спирали, приводит также и к ограничению максимального числа витков. Установлено, что увеличение числа витков сверх одиннадцати не приводит к сколько-нибудь существенному обострению ДН: волна израсходовала свою энергию на излучение в первых II витках и последующие витки "не питаются".Таким образом, число витков спирали выбирается в пределах от 4 до II.

Полагая для приближенного анализа, что амплитуда бегущей волны вдоль провода спирали не меняется, ДН спиральной антенны можно представить произведением ДН одиночного витка на множитель решетки.,

В области малых значений угла  выражения дня ДН одиночного витка с бегущей волной можно приближенно записать в виде

где - нормированная ДН меридиональной составляющей поля;

- нормированная ДН азимутальной составляющей поля.

Из формул (II) видно, что одиночный виток характеризуется слабой направленностью, и концентрация излучаемой энергии вдоль оси спирали получается, очевидно, за счет близкого к синфазному сложения полей витков в этом направлении. Поэтому можно считать, что диаграмма направленности спирали определяется в основном множителем решетки (рис.10), т.е.

где n-число витков спирали;   S- шаг спирали:  - угол , отсчитываемый от оси опирали;   - сдвиг по фазе между токами в соседних витках.