Расчет плоскостной импедансной антенны (направитель - гребенчатый, длина волны - 32 мм)

Расчётное задание №6.

Вариант 2

Заданы:      направитель -гребенчатый длина волны λ=32 мм,

КНД антенны D=45

Размеры питающего волновода

α=23мм

b=10мм                 

Реферат.

1.Оптимальная антенна бегущей волны.

Принцип работы антенны бегущей волны. Понятие     оптимальности для антенны бегущей волны.

Линейная решётка, возбуждающаяся последовательно волной, распространяющейся от начала решётки к её концу с фазовой скоростью v, носит название антенны бегущей волны (АБВ). При данном способе возбуждения угол сдвига фаз между токами в элементах решетки Ψ=βd, где β=ω/v=kc/v-коэффициент фазы, d-расстояние между соседними элементами антенны. Таким образом, Ψ=k(c/v)d. Величину c/v называют коэффициентом замедления.

Сдвиг фаз между полями соседних излучателей в точке наблюдения

(1)        Ψ₁=Ψ_р-Ψ=kd cos Q-k(c/v)d=kd(cos Q-(c/v)) 

(рис.2).

               Х

       d cos Q

                                       Q      

1         2        3                   n         z

Сдвиг фаз между полями крайних излучателей

 (2)        Ψ_n=(n-1)kd(cos Q- (c/v)).

Имея в виду(1) и (2) , нормированную диаграмму направленности равномерной прямолинейной антенной решетки можно представить в виде

       (3)      

               

Здесь Q-угол между осью антенны и направлением на точку наблюдения; F₁(Q) - нормированная диаграмма направленности элемента решётки.

Формула (3) позволяет рассматривать синфазную  антенную решётку как АБВ с бесконечной фазовой скоростью (c/v=0).

Рассмотрим 3 режима работы АБВ:

1.c/v=1.

При этом множитель системы

(4)  

Он максимален   [F_с(Q)=1] при Q=0 вследствие того, что поля от всех элементов антенны в точке наблюдения складываются синфазно, так как сдвиг фаз Ψ из-за несинфазности возбуждения полностью компенсируется пространственным сдвигом фаз Ψ_р(см. (1) и (2)).

Если  cosQ отрицателен (π/2<Q<3π/2), то Ψ и Ψ_р при d<λ/2 имеют одинаковые знаки. Сдвиг фаз между полями соседних излучателей при малых d велик, и результирующее поле в точке наблюдения мало. Следовательно, антенна бегущей волны обладает преимущественно однонаправленными свойствами и излучает с максимальной интенсивностью вдоль  своей оси в направлении движения бегущей волны. Это - антенна с осевым излучением . Однако для того чтобы результирующее поле было максимально в осевом направлении (Q=0), необходимо ещё, чтобы каждый элемент антенны  в этом направлении излучал с максимальной интенсивностью, то есть чтобы множитель F₁(Q) при Q=0 , был максимален. Это условие выполняется, если оси вибраторов перпендикулярны оси решётки (см. рис. 3) или если в данной плоскости элементы антенны являются ненаправленными (см. рис. 2).

Рис.3

 

               Х

       d cos Q

 

                                   Q      

                   1         2        3                   n         z

                             d

             

На практике встречаются антенны бегущей волны, которые можно рассматривать как непрерывное линейное распределение слабонаправленных излучателей (например, длинный провод, диэлектрическая антенна). Без учёта затухания возбуждающего тока по              длине антенны множитель системы линейного излучателя может быть получен из выражения (3) путём предельного перехода. Полагая n→∞,d→0, nd→L,получаем

(5)

Расчёт по формулам (4) и (5) даёт примерно одинаковые результаты, если d/λ мало.

Из условия [(kL(1-cos Q₀)]/2 найдём ширину ДН. Так как 1-cos Q₀=2 sin²Q₀/2, то 2L/λ sin²Q₀/2=1, откуда sin²Q₀/2=λ/2L. При малых значениях λ/L  

(6)      2Q₀₌2√ 2λ/L   ≈108˚√ λ/L

2.c/v < 1

В этом случае из (4), используя предельный переход, получаем

(7)

Множитель системы F_с(Q) максимален при условии c/v=cosQ.Это условие может выполняться при двух значениях угла Q(Q₁=+Q_max и Q₂=    -Q_max).Следовательно, имеются два направления максимального излучения, не совпадающие с осью антенны. По сравнению с режимом c/v=1 направленные свойства антенны ухудшаются. Однако антенны быстрых волн применяются для создания ДН специальной формы, для качания ДН и др. Основой большинства антенн быстрых волн являются волноводные структуры с неоднородностями.

3.c/v > 1.

Как видно из (1) и(2) , в данном случае отсутствует направление, в котором поля отдельных элементов антенны складываются синфазно. Наименьший фазовый сдвиг между полями отдельных вибраторов                   Ψ_{1 min}=kd(1-c/v) получается при Q=0, то есть вдоль оси антенны. При этом поля в точке наблюдения складываются геометрически(рис.4)                                        

 

                                               Ψ₁=kd(c/v-1)

 

Рис. 4

                    Е₂         v<c

                  Е₁                              Е_n