- •Воронеж 2016
- •1. Основы теории антенн
- •1.1. Общие сведения об антеннах
- •1.2. Классификация антенн
- •1.3. Основные задачи теории антенн
- •1.4. Структура антенны. Электродинамические основы теории излучения антенн
- •1.5. Свойства электромагнитного поля антенн в дальней, промежуточной и ближней зонах
- •1.6. Расчет характеристик поля излучения в дальней зоне
- •1.7. Основные принципы технической электродинамики
- •1.8. Излучение элементарных источников
- •2. Основные электрические характеристики антенн
- •2.1. Характеристики направленности антенн в режиме излучения. Векторная комплексная характеристика направленности антенны
- •2.2. Коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны
- •2.3. Входное сопротивление и полоса рабочих частот антенны
- •2.4. Характеристики антенн в режиме приема
- •2.5. Мощность, выделяющаяся в нагрузке приемной антенны
- •2.6. Согласование передающей и приемной антенн по поляризации
- •2.7. Шумовая температура приемной антенны
- •3. Излучение антенных решеток
- •3.1. Линейные антенные решетки с равноамплитудным возбуждением и линейным изменением фазы токов
- •3.2. Влияние неравномерности амплитудного распределения на направленность излучения линейных антенных решеток
- •3.3. Влияние фазовых искажений на дн линейной антенной решетки
- •3.4. Входное сопротивление излучающего элемента и мощность излучения антенной решетки
- •3.5. Кнд линейных антенных решеток
- •3.6. Понятие о непрерывном излучателе
- •3.7. Плоские антенные решетки
- •4. Излучение возбужденных поверхностей. Основы теории апертурных антенн
- •4.1. Направленные свойства прямоугольного и круглого раскрывов с синфазным и равноамплитудным возбуждением
- •4.2. Влияние неравномерного амплитудного распределения поля на диаграмму направленности излучающей поверхности
- •4.3. Кнд излучающей поверхности
- •5. Вибраторные антенны и решетки
- •5.1. Основы теории симметричного электрического вибратора
- •Решение уравнения (5.2) имеет вид [10, 11]
- •Приведем несколько распределений и по длине вибратора для различных , рассчитанных по формулам (5.4) и (5.6):
- •Не зависит от угла , то есть представляет собой окружность.
- •Диаграммы направленности сэв
- •Нормированная дн по напряженности поля
- •5.5. Симметричный щелевой вибратор
- •5.6. Излучение системы из двух вибраторов
- •5.7. Директорные антенны
- •5.8. Влияние идеально электропроводящей и бесконечно протяженной поверхности на излучение расположенных вблизи нее антенн
- •5.9. Несимметричный электрический вибратор
- •5.10. Коллинеарные антенны
- •5.11. Способы и устройства подключения вибраторных антенн к линиям передачи
- •6. Щелевые антенны и антенные решетки
- •Волноводно-щелевые антенные решетки
- •6.2. Перспективные щелевые антенные решетки свч и квч
- •7. Полосковые и микрополосковые антенны и антенные решетки
- •7.1. Принципы действия и основные характеристики резонаторных полосковых антенн
- •7.2. Линейные и плоские полосковые антенные решетки
- •8. Антенны вытекающей волны
- •8.1. Принципы построения антенн вытекающей волны
- •8.2. Плоские антенные решетки вытекающей волны
- •8.3. Плоские дифракционные антенны
- •9. Апертурные антенны
- •9.1. Волноводные излучатели
- •9.2. Рупорные антенны
- •9.3. Зеркальные антенны
- •Влияние отражений от зеркала на входное сопротивление антенны (реакция зеркала на облучатель)
- •Линзовые антенны
- •10. Широкополосные антенны
- •10.1. Логопериодические вибраторные антенны
- •10.2. Спиральные антенны
- •11.1. Фазированные антенные решетки
- •Характеристики фар
- •Соответственно, минимальное число излучателей [4, 14, 47]
- •Дискретность изменения фазы приводит к скачкообразному перемещению дн в пространстве и определяет точность установки дн.
- •11.2. Многолучевые антенные решетки
- •12. Методы экспериментальных исследований антенн. Автоматизированное проектирование антенно-фидерных устройств
- •12.1. Измерение диаграмм направленности антенн
- •12.2. Измерение коэффициента усиления антенны
- •12.3. Программные средства компьютерного моделирования и системы автоматизированного проектирования устройств свч и антенн
- •Антенно-фидерные устройства в авторской редакции
- •Подписано к изданию 05.02.2016. Объем данных 9000 Кб
- •3 94026 Воронеж, Московский просп., 14
7.2. Линейные и плоские полосковые антенные решетки
На рис. 7.6 показаны три возможных варианта схем питания излучателей на примере линейных антенных решеток: а — последовательная, в которой все излучатели последовательно во времени возбуждаются ЭМВ, распространяющейся в питающей ЛП; б — параллельная, обеспечивающая синфазное возбуждение всех излучателей независимо от частоты; в — комбинированная [9, 26—28].
Последовательная схема получается наиболее компактной и вносит наименьшие тепловые потери и потери на паразитное излучение; однако в силу известных принципов при этом соседние элементы возбуждаются с частотно-зависимым фазовым сдвигом, что приводит к сканированию ДН решетки при изменении частоту в плоскости, проходящей через ось АР и перпендикулярной плоскости расположения элементов.
Параллельная схема при изменении частоты входных колебаний обеспечивает постоянство направления максимального излучения, однако является более громоздкой, занимает больше места, характеризуется повышенными потерями — как тепловыми, так и за счет излучения неоднородностей в питающих ЛП (поворотов и т.п.), из-за паразитного излучения с кроссполяризацией. Удобна для реализации спадающих амплитудных распределений путем использования делителей с неравным делением мощности.
а б в
Рис. 7.6. Схемы питания излучателей в полосковых антенных решетках
Комбинированная схема имеет промежуточные характеристики, сочетая в сeбе достоинства и недостатки последовательной и параллельной схем.
В заключение рассмотрим два примера практических конструкций плоских АР из полосковых резонаторных излучателей, рассчитанных для работы на средней частоте порядка 24 ГГц в радиоволновых охранных извещателях [31] и доплеровских измерителях скорости (например, в радарах комплексов контроля дорожного движения) [32]. На рис. 7.7 показано: а — ПАР с комбинированным питанием; б — ПАР с параллельным питанием.
Обе АР обеспечивают излучение с линейной поляризацией по нормали к плоскости раскрыва. Размеры раскрыва антенны (а) 6,4х6,4 см2, ширина ДН в главных плоскостях около 12˚. Коэффициент усиления G=17,7 дБ и оказывается значительно ниже максимального КНД для указанных размеров раскрыва, поскольку эффективность решетки составляет всего около 20 %. В свою очередь, столь низкая эффективность обусловлена низким КПД. Здесь важно отметить общий недостаток большинства полосковых АР, заключающийся в существенном уменьшении КПД с ростом частоты и увеличением числа элементов решеток из-за резкого возрастания как тепловых потерь, так и потерь, связанных с возникновением поверхностных волн и появлением паразитного излучения. Эффективность АР с параллельным питанием с практически такой же площадью раскрыва также невелика. В общем оказывается, что с увеличением числа элементов АР и, следовательно, площади раскрыва S КНД возрастает пропорционально S/λ2 , но при этом КПД быстро снижается. Этот эффект существенно ограничивает возможности увеличения КУ полосковых АР за счет увеличения размеров раскрыва. Поэтому простые полосковые АР обычно используются на частотах до 20—30 ГГц при сравнительно невысоких значениях КУ до 20—30 дБ . Эффективность полосковых АР СВЧ может быть доведена до 50—70 %, но это достигается существенным усложнением их конструкций [24, 28].
а б
Рис. 7.7. Практические конструкции плоских полосковых антенных решеток