Основы теории антенн. Лекция № 9. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн

1.

Антенно-фидерные устройства и
распространение радиоволн
ОСНОВЫ ТЕОРИИ АНТЕНН
ЛЕКЦИЯ № 9

2.

9.1. Управление ДН равномерной
линейной решетки
Режим наклонного излучения:
Fc
n
Sin ( k d Sin( ) )
2
1
n Sin ( k d Sin( ) )
2
0

3.

В этом случае максимальное излучение будет
выполняться для угла, определяемого следующим
неравенством:
kdSin max - =0
(9.1)
p=kdSin max
Sin max
kd 2 d
(9.2)

4.

Подставим р в формулу для множителя системы:
nkd
Sin Sin max
Sin
2
F ( )
kd
nSin ( Sin Sin max )
2
Приравняем синус к
определить
направления
излучения:
(9.3)
нулю, чтобы
максимального
kd(Sin -Sin max)=2N
(9.4)
где
N= 1;
2: 3,
т.е.
в
направлении
характеризуемых углом д, в которых сдвиг фаз между
полем соседних излучателей равен или кратен 2 .

5.

9.2. Антенны бегущей волны
1
2
3
4
Рис. 9.1
z
5
n

6.

Сдвиг по фазе токов в каждом элементе
создаётся бегущей вдоль оси антенны волной .
Сдвиг по фазе:
= d,
где =kc/v, =kdc/v, c/v=Kзам
- волновое число бегущей волны возбуждения,
Kзам - коэффициент замедления.
n = (n-1) kd (Cos - c/v)
(9.5)
n - сдвиг по фазе полей излучения крайних
элементов решётки.

7.

Диаграмма направленности системы:
knd
E
Sin 2 (c / v Cos )
F ( ) F1 ( )
kd
E
nSin (c / v Cos )
2
(9.6)
F1( ) - ДН одного излучателя.
В АБВ элементы решётки возбуждаются
последовательно волной, распространяющейся от
начала решётки к её концу с фазовой скоростью V.

8.

Рассмотрим три случая:
1)
c/v=1
(волна
свободного
пространства);
2) c/v<1 (быстрая волна);
3) c/v>1 (медленная волна).

9.

x
dCos
z
Рис. 9.2
kL
E
Sin
(1 Cos )
2
E
F ( ) F1 ( )
E
(1 Cos )
kL
2
(9.7)

10.

L = nd = const - длина решётки (n - стремится к
бесконечности , d - стремится к нулю).
В данном случае антенна излучает с
максимальной интенсивностью вдоль своей оси в
направлении движения бегущей волны - антенна с
осевым излучением.
ZCos
Iz
z
d
Рис. 9.3

11.

Определим
направления
излучения боковых лепестков.
максимального
k L
Sin
1 Cos max
2
1
Направление максимума первого бокового лепестка:
Cos
'
max
2L
2L

12.

Направление нулевого излучения:
kL(1 Cos )
2
Ширина главного лепестка по нулевому излучению:
2 0 2
2L
(9.8)

13.

c/v < 1
l/ = 3
Рис.9.4.

14.

Антенны быстрых волн применяются для
создания ДН специальной формы, а также для
сканирования ДН. Основой большинства антенн
быстрых волн является волноводные структуры с
неоднородностями.

15.

Рис. 9.5

16.

c/v > 1
Отсутствует направление, в котором
поля отдельных элементов складываются синфазно,
но имеется направление вдоль оси, где разность фаз
минимальна:
1MIN
c
kd 1
v
При уменьшении фазовой скорости, начиная со
скорости света происходит сужение главного лепестка,
что приводит к увеличению КНД, а также происходит
рост боковых лепестков, что ведёт к уменьшению
КНД, оказывается, что с уменьшением фазовой
скорости КНД сначала растёт, достигает максимума
при некотором соотношении c/vопт, а затем
уменьшается.

17.

Сдвиг по фазе между полями крайних элементов равен :
c
опт kL 1
v
Если
c
, то в главном направлении
1
v
L
излучение отсутствует.

18.

c
vопт
1
2L
Оптимальная
длина
антенны
увеличивается с ростом фазовой скорости:
1
L
опт 2 с 1
v
Все
выкладки
справедливы
слабонаправленных излучателей решётки.
для

19.

В оптимальном режиме КНД:
Dmax
L
(7 8)
опт
Ширина ДН по нулю:
2 0 2
L
Ширина ДН по половинной мощности:
2 0,5 61
0
L

20.

Зависимость КНД от c/v:
D
Область осевого
излучения
Область наклонного
излучения
C/V
Рис. 9.6

21.

Если длина антенны L больше Lопт, то излучение
в главном направлении уменьшается и растут боковые
лепестки.
При L = 2Lопт излучение вдоль оси
прекращается.

22.

Рис. 8.9