Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 38

В первом случае облучатель оказывается как бы вынесенным   из   фокуса,   поэтому  отраженные   от   поверхности I линзы лучи концентрируются в точках, лежащих вне облучателя (рис. 64).

Во втором случае происходит примерно то же, что и в линзе с согласующей пленкой: отраженные от обеих половинок линзы волны, попадая в облучатель, оказываются равными по амплитуде, но противоположными по фазе.

Заканчивая на этом рассмотрение линзовых антенн, следует указать, что в ряде случаев их предпочитают параболическим, так как допуски на изготовление линзовых антенн менее жестки, чем на изготовление параболических зеркал. Достоинством линзовых антенн является и то, что у них облучатель не оказывает искажающего влияния на поле в раскрыве антенны, поскольку питающее устройство не находится в поле излучения, как, например, у большинства параболических антенн.

В ряде конструкций линзы применяются в сочетании с зеркалами для построения антенн с широким сектором качания луча.

5. Диэлектрические антенны

Диэлектрические антенны представляют собой сплошные стержни или трубки из диэлектрика длиной в несколько волн и с поперечными размерами, сравнимыми с волной.

Диэлектрические антенны, как и линзовые, основаны на использовании особенностей распространения радиоволн в диэлектрических средах. Однако принцип их действия совершенно иной.

Известно, что при переходе электромагнитных волн из среды с одной диэлектрической проницаемостью в среду с другой проницаемостью на поверхности раздела сред появляются заряды и токи (так называемые поляризационные токи). Такие заряды и токи возникают и на поверхности стержней при распространении вдоль них электромагнитных волн, причем фаза и амплитуда зарядов в каждой точке поверхности стержня зависят от скорости распространения волны. Электромагнитное поле в любой точке пространства вне стержня, создаваемое зарядами и токами, зависит от закона их распределения на поверхности стержня.

Если размеры стержня и его материал подобрать так, чтобы скорость распространения радиоволн вдоль диэлектрической антенны была близка к скорости света, то максимальное излучение антенны будет направлено вдоль оси стержня в сторону движения волны.

Здесь мы имеем аналогию с антенной типа «волновой канал», в которой директоры также обеспечивают запаздывание фазы волны в направлении от активного вибратора в сторону максимального излучения. В директорных антеннах нужное распределение фаз и амплитуд токов подбирается за счет выбора местоположения и длины вибраторов. В диэлектрических же антеннах это достигается за счет выбора их размеров.

Когда диаметр стержня велик по сравнению с волной, то скорость распространения радиоволн вдоль стержня близка к скорости распространения радиоволн в диэлектрике, равной , где с — скорость света, а e_Д — диэлектрическая проницаемость материала стержня.

При уменьшении диаметра стержня скорость распространения приближается к скорости света с.

Экспериментальные исследования показывают, что наилучшими направленными свойствами обладают такие стержни, площадь поперечного сечения которых S не превышает S_max = , но не меньше S_min= ,        где l₀ — длина рабочей волны в воздухе.

При этих размерах скорость распространения радиоволн вдоль стержня оказывается весьма близкой к скорости света.

Увеличение поперечного сечения стержня сверх значения Smax приводит к увеличению уровня боковых лепестков и не повышает усиления антенны. Снижение поперечного сечения против значения S_min очень быстро приводит к расширению главного лепестка диаграммы направленности,  следовательно, и к снижению коэффициента усиления антенны.

Длину диэлектрических стержневых антенн выбирают в пределах от 2 до 6 волн в зависимости от требуемого коэффициента усиления.

Если антенна в виде одного единственного стержня не обеспечивает нужной направленности, то в этом случае идут не по пути увеличения ее длины, а по пути применения систем из нескольких однотипных диэлектрических стержней, питаемых синфазно. Делается это потому, что дальнейшее увеличение длины диэлектрической антенны свыше 6 волн заметного выигрыша уже не дает.