Особенности распространения радиоволн. Основные определения и электрические параметры антенн, страница 42

Щелевые антенны применяются как самостоятельные антенные системы, так и в качестве облучателей. Самостоятельными конструкциями они служат в высотных сооружениях, так как не имеют выступающих частей и могут быть совмещены с деталями, несущими механическую нагрузку. В радиолокационных станциях щелевые антенны применяются в основном на скоростных самолетах, для которых также желательно отсутствие у антенн выступающих частей.

2. Антенны с круговой поляризацией

Помимо антенн, излучающих и принимающих линейно поляризованные волны, на практике применяются антенны с круговой поляризацией, у которых электрический и магнитный векторы поля при распространении вращаются с частотой, равной несущей.

По аналогии с оптикой антенны, у которых электрический вектор вращается по часовой стрелке, если рассматривать луч идущим на наблюдателя, называются левополяризованными, а антенны с противоположным вращением называются правополяризованными.

Волну, поляризованную по кругу, можно рассматривать как результат наложения двух волн одинаковой амплитуды и частоты, линейно поляризованных в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях и распространяющихся в рассматриваемом направлении со сдвигом фаз в 90°. Поэтому, если взять два взаимно-перпендикулярных вибратора, несущих токи равных амплитуд, но сдвинутых по фазе на 90°, то в направлении, перпендикулярном плоскости этих вибраторов, будут распространяться волны, поляризованные по кругу, как это показано на рис. 75. В других направлениях будет эллиптическая поляризация, а в плоскости вибраторов — линейная, совпадающая с плоскостью вибраторов.

Волны, поляризованные по кругу, можно получить и посредством синфазно питаемых небольшой круглой рамки (кольцевой антенны) с равномерным распределением тока и полуволнового вибратора, размещенного в ее центре, обеспечив при этом определенные соотношения токов в обеих антеннах (рис. 76).

Синфазно питать кольцевую антенну и вибратор с соблюдением требуемых соотношений токов весьма трудно. Однако модель антенны из вибратора и кольца подсказывает конструкцию в виде спирали.

Если спираль будет иметь такие размеры, при которых распределение тока в ней будет равномерным, то при соблюдении условия 2pR = , где R— радиус спирали, d — ее шаг, а l— длина волны, излучение ее в экваториальной плоскости (плоскости, перпендикулярной ее оси) будет поляризованным по кругу.

При практическом осуществлении подобных антенн возникают трудности в получении равномерного распределения тока по спирали. Чтобы избежать их, спираль делают многозаходной из коротких проволочек. На рис. 77 приведены оптимальные размеры такой спиральной антенны, при соблюдении которых антенна обладает тороидальной характеристикой излучения (см. рис 8) с максимумами в направлениях, перпендикулярных ее оси.

Когда окружность спирали становится приблизительно равной длине рабочей волны, то излучение остается поляризованным по эллипсу и имеет максимум в направлении оси спирали.

Действительно, если выбрать радиус спирали таким образом, чтобы в каждый момент времени области положительных и отрицательных зарядов находились в противоположных точках диаметра витка спирали, то с течением времени заряды будут перемещаться вдоль спирали и электрическое поле, перпендикулярное оси спирали, будет вращаться, принимая круговую или близкую к ней поляризацию.

Если шаг спирали 8 (рис.78) выбран так, что излучения от отдельных элементов витков совпадают по фазе в бесконечно далекой точке, лежащей на оси спирали, то максимальное ее излучение будет направлено вдоль оси.

Детальные экспериментальные исследования показывают, что подобные спиральные антенны с осевым излучением обладают хорошими диапазонными свойствами. На рис. 79 приведены экспериментально снятые диаграммы направленности спиральной антенны, имеющей следующие размеры (в обозначениях, данных на рис. 78): D = 0,31l₀; d = 0,24l₀; S = 1,44l₀, где l₀ — средняя волна диапазона. Эта антенна обладает вполне удовлетворительными диаграммами при изменениях рабочей волны в пределах от 0,75 до 1,25l₀. Что же касается ее входного сопротивления, то результаты измерений показывают, что коэффициент бегущей волны (КБВ) в 125-омной линии изменяется в пределах от 0,7 до 0,97 в полосе частот ±25% от оптимальной.