Файл: Понятие антенна. Обобщенная конструкция антенны. Основные уравнения эмп. Классификация антенн в зависимости от длины волны.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 98
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Преимуществом диэлектрических антенн является малые поперечные размеры и простота конструкции. Диэлектрические антенны являются антеннами бегущей волны, поэтому сужение ДН таких антенн происходит за счет увеличения продольных, а не поперечных размеров.
Недостаток- в диэлектрике существуют потери, которые ограничивают излучение больших мощностей.
20. Директорные антенны.
Директорная антенна («волновой канал»), состоит из одного питаемого и нескольких пассивных вибраторов, один из которых работает в режиме рефлектора, а остальные – в режиме директоров.
Все вибраторы параллельны и лежат в одной плоскости. Длина активного вибратора 2l обычно берется несколько меньше λ/2 с тем, чтобы он был резонансным. Для работы в режиме рефлектора реактивное сопротивление вибратора должно быть индуктивным, что достигается некоторым удлинением этого вибратора. Для работы в режиме директора пассивный вибратор должен быть несколько короче активного вибратора.
В конструкции, функции рефлектора выполняет только один пассивный вибратор, так как при установке дополнительных вибраторов позади основного рефлектора они будут очень слабо возбуждаться. Иногда для уменьшения уровня излучения в заднем полупространстве используются дополнительные рефлекторы. Число директоров может быть достаточно большим, поскольку каждый предыдущий директор направляет энергию в сторону последующего, тем самым создавая благоприятные условия для возбуждения директоров.
Питается антенна при помощи двухпроводной линии, либо коаксиального кабеля (необходимо применять симметрирующие устройства).
Положительные свойства директорной антенны – простота и прочность ее конструкции, удобство возбуждения большого числа вибраторов.
Недостаток антенны – ограниченность ее рабочего диапазона. При изменении длины волны изменяются входные сопротивления вибраторов, вследствие чего в них изменяются амплитуды и фазы токов, расширяется главный лепесток, возрастает уровень боковых лепестков, увеличивается излучение в обратном направлении.
Директорные антенны широко применяются в метровом и дециметровом диапазонах волн: в телевидении, на РРЛ прямой видимости небольшой протяженности и малой емкости, в метеорной радиосвязи, радиолокации.
21. Спиральные антенны. Рамочные антенны.
Спиральная антенна принадлежит к классу антенн с бегущей волной. Ее основной диапазон работы - дециметровый и сантиметровый. Она относится к классу поверхностных антенн. Главным ее элементом является спираль, подключенная к коаксиальной линии. Спираль создает диаграмму направленности в виде двух лепестков, излучаемых вдоль ее оси в разные стороны.
Спиральные антенны бывают цилиндрические, плоские и конические. Если необходимая ширина рабочего диапазона составляет 50% и меньше, то в антенне используется цилиндрическая винтовая линия. Коническая спираль увеличивает диапазон приема в два раза по сравнению с цилиндрической. Плоские дают уже двадцатикратное преимущество. Наибольшую популярность для приема в частотном диапазоне УКВ получила цилиндрическая радиоантенна с круговой поляризацией и большим коэффициентом усиления выходного сигнала.
Главной деталью антенны является свернутый в спираль проводник. К нему подсоединен фидер, предназначенный для передачи сигнала от спирали в сеть (приемник) и в обратном порядке (передатчик). Фидеры бывают открытого и закрытого типа. Фидеры открытого типа представляют собой неэкранированные волноводы. А закрытого типа имеют специальный экран от помех, что делает электромагнитное поле защищенным от внешнего воздействия. Еще одним элементом антенны стал отражатель, предназначенный для фокусирования сигнала на спираль. Основанием для антенны служит каркас с маленькой диэлектрической проницаемостью, например, пенопласт или пластик.
Спиральные антенны характеризуются следующими параметрами: осевая длина спирали; диаметр; шаг намотки; число витков; длина витка.
Рамочная антенна представляет собой один или несколько последовательно соединенных витков провода. При этом витки могут иметь различную форму. Плоскости витков располагаются перпендикулярно поверхности земли. Рамочные антенны применяют в качестве приемных антенн для радиосвязи, радиовещания и различных специальных целей. Размеры рамочных антенн изменяются в широких пределах от маленьких (десятки сантиметров) многовитковых рамок с магнитодиэлектрическими сердечниками, помещаемых внутри приемников, до наружных, устанавливаемых на антенном поле рамок, линейные размеры которых могут превышать 100 м.
22. Апертурные антенны. Типовые конструкции. Линзовые антенны.
Апертурная антенна - антенна, излучающая с раскрыва. Примерами таких антенн являются рупорные, зеркальные, линзовые. Характерной особенностью является то, что в излучении участвуют сравнительно большие проводящие поверхности, по которым протекают токи высокой частоты. Токи на поверхности могут иметь различные направления, меняющиеся от точки до точки. Апертурные антенны – это антенны с поверхностными токами. Апертурные антенны применяются в диапазоне СВЧ. Малая длина волны позволяет сконструировать антенну, размеры которых на много больше длины волны. Небольшие размеры антенны позволяют делать их быстроподвижными, можно осуществлять перемещение одних частей антенны относительно других или даже вращать всю антенну с целью вращения ДН. Апертурные антенны являются основным типом радиолокационных антенн.
Линзовая антенна, как и зеркальная антенна состоит из первичного источника излучения (облучателя) и линзы. Облучатель является слабонаправленной антенной, фазовый центр которой расположен в фокусе сферической линзы, т.е. он излучает волну со сферическим или цилиндрическим фронтом. Линза преобразует сферический или цилиндрический фронт волны в плоский. Тем самым при больших размерах раскрыва фокусирующей линзы достигается высокая степень направленности антенны. Линза преобразует расходящейся от облучателя пучок лучей в параллельный пучок. Поверхность линзы, обращенная к облучателю, называется освещенной. Обратная поверхность образует раскрыв линзы.
Если преломление лучей происходит на одной поверхности, то линзу называют одноповерхностной. В противном случае линзу называют двухповерхностной. В антенной технике применяются также замедляющие и ускоряющие линзы.
23. Открытый конец волновода. Рупорные антенны. Оптимальные размеры рупора.
Волноводные излучатели являются простейшими апертурными излучателями в диапазоне сантиметровых волн. Наиболее распространенными являются антенны в виде открытых концов волноводов – прямоугольного с волной Н10 и круглого с волной H11. Размеры поперечного сечения волновода на волне основного типа обычно не превышают длины волны, поэтому излучатель с такими размерами раскрыва является слабонаправленным и формирует широкую ДН. Излучатели в виде открытых концов волноводов применяются в качестве облучателей линз и зеркал, элементов фазированных антенных решеток, а также как самостоятельные слабонаправленные антенны. Недостатки
волноводов с открытым концом устраняются тем, что переход от волновода к свободному пространству осуществляется с помощью специальных, плавно расширяющихся насадок, называемых рупорами.
Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного сечения с открытым излучающим концом. Рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны. Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств в раскрыве рупора. Рупорные антенны применяют в качестве облучателей зеркальных и других антенн.
Рупоры, размеры которых соответствуют максимальному значению КНД, называются оптимальными
Оптимальные длины рупора выбираются исходя из удовлетворения требованиям к допустимой фазовой ошибке в раскрыве и соотношения собственных размеров:
ширина главного лепестка в плоскости Н зависит от фазового распределения вдоль размера раскрыва рупора, при увеличении которого возрастает неравномерность фазового распределения в раскрыве и главный лепесток расширяется;
Очевидно, существуют некоторые оптимальные размеры рупора, при которых главный лепесток наиболее узок.
Рупорная антенна с такими размерами называется оптимальной.
24. Основные факторы влияющие на качество зеркальных антенн. КИП. Проблема «затенения» зеркала. Методы повышения КИП. КИП- коэффициент, определяемый отношением эффективной площади антенны к геометрической, характеризует оптимальность использования площади раскрыва. КИП является показателем эффективности использования площади реальной антенны.
Проблема затенения является то, что все компоненты электромагнитного поля, создаваемого зеркалом антенны, достигают точки наблюдения. Одна часть из них попадает в облучатель
, изменяя его характеристики (реакция зеркала), а другая отражается от проводящих элементов, создавая вторичное поле, влияющее на исходное поле зеркала антенны.
Увеличение затенения зеркала приводит к искажению ДН зеркальной антенны, в первую очередь – к увеличению боковых и задних лепестков, а также к рассогласованию облучателя с фидером.
Методы повышения коэффициента использования поверхности:
-
сужение главного луча ДН АР -
Уменьшение длины АР -
Чем больше УБЛ, тем больше крутизна спада КИПР (раскрыва) -
Чем длиннее АР, тем оптимальное значение по КИПР достигается на более низких УБЛ.
25. Зеркальные антенны. Антенны с «косекансной» ДН.
Зеркальные антенны (ЗА) — это апертурные антенны, у которых ЭМП в раскрыве формируется в результате отражения ЭМВ первичного излучателя от металлической поверхности специальной формы, называемой зеркалом. Зеркальные антенны используются в диапазоне СВЧ для формирования относительно узких ДН в одной или двух плоскостях. ЗА состоит из облучателя и зеркала. Облучатель является первичным источником ЭМВ в зеркальной антенне и формирует ЭМВ со сферическим или цилиндрическим фазовым фронтом, обеспечивая требуемое амплитудное распределение в раскрыве зеркала. Зеркало должно полностью отражать падающую на него ЭМВ так, чтобы ЭМП в его раскрыве было бы синфазным с требуемым амплитудным распределением. Зеркало должно перехватывать как можно большую долю энергии ЭМВ, излученной облучателем.
Принцип действия. Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу. В раскрыве антенны отраженная волна обычно имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности. На больших по сравнению с длиной волны и диаметром зеркала расстояниях от антенны эта волна в соответствии с законами излучения становится сферической.
Антенны с «косекансной» ДН
Основные способы формирования косекансной ДН: с помощью различных зеркальных антенн и антенных решёток.