Плоская антенна поверхностной волны с ребристой замедляющей структурой

Примерами антенн с замедленной фазовой скоростью являются: диэлектрические стержневые антенны, спиральные антенны, антенны «волновой канал», различные виды антенн поверхностных волн и т. д. Они находят применение как в качестве самостоятельных антенн, так и в качестве элементов антенных решеток.

Распространение бегущей_ волны вдоль замедляющей структуры предполагает её достаточную электриче

скую длину. Это условие наиболее просто выполняется в диапазоне сверхвысоких частот. Поэтому антенны бегущей волны с замедленной фазовой скоростью, как правило, используются в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Отличительным признаком волны с является убывание амплитуды поля волны при удалении от замедляющей структуры по экспоненциальному закону, причем скорость убывания тем быстрее, чем больше замедление волны. Поэтому характерной особенностью антенн поверхностных волн являются их малые поперечные размеры, они удобны при использовании в качестве не выступающих или маловыступающих антенн, устанавливаемых на объектах с малым аэродинамическим сопротивлением.

Ширина диаграммы направленности рассматриваемых антенн прямо пропорциональна корню квадратному из отношения рабочей длины волны к длине замедляющей структуры, т. е. зависит от этого соотношения значительно слабее, чем в антеннах с поперечным излучением.

Приводимый ниже расчет антенн бегущей волны с замедленной фазовой скоростью основан на следующих предположениях:

1) распределение поля бегущей волны , распространяющейся вдоль замедляющей структуры антенны, совпадает с полем бегущей волны над регулярной структурой с тем же замедлением;

2) отражение бегущей волны от конца замедляющей структуры пренебрежимо мало;

3) излучение возбудителя антенны достаточно мало и им можно пренебречь.

Эти предположения упрощают картину явлений, происходящих в антеннах бегущей волны, и позволяют определить распределение тока (поля) антенны по ее длине. В действительности отражения, возникающие при распространении бегущей„волны вдоль замедляющей структуры конечной длины, и излучение возбудителя бегущей волны искажают это распределение. Однако эти искажения при правильном выборе размеров антенны невелики и ими можно пренебречь.

Приведенные предположения позволяют рассчитать диаграмму направленности антенны бегущей волны как диаграмму направленности антенны с непрерывным или дискретным распределением элементарных излучателей по длине антенны в зависимости от вида замедляющей структуры. Бегущая волна в этом случае выполняет роль линии питания элементарных излучателей.

В отдельных случаях при достаточно большой длине антенны ее излучение можно представить так же, как излучение эквивалентного раскрыва на конце антенны, образованного распределением поля волны с над регулярной замедляющей структурой в плоскости ее поперечного сечения.

Оба представления излучения антенны носят приближенный характер. Однако первое из них получило наибольшее распространение при инженерном расчете антенн с замедленной фазовой скоростью

3.Антены поверхностных волн

Типичная схема антенны поверхностной волны приведена на рис.1. Антенна состоит из двух основных элементов: замедляющей структуры 1. по которой распространяется поверхностная волна, и возбудителя поверхностной волны 2.

рис.1.

Антенны поверхностных волн различают по виду замедляющей структуры и по функциональным признакам. Существует большое разнообразие замедляющих структур, отличающихся конструктивным выполнением. Как следствие их большого разнообразия, антенны поверхностных волн находят широкое практическое применение в системах связи, радиолокации, телеметрии и т. д.

Антенны поверхностных волн используются в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Обычно они допускают работу в полосе частот, составляющей ±10-15%. В некоторых случаях с помощью специальных мер эта полоса может быть расширена.

К недостаткам антенн поверхностных волн следует отнести сравнительно малое реализуемое усиление и относительно высокий уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Ширина основного лепестка диаграммы составляет обычно 15—20°.Однако существуют способы, позволяющие улучшить направленные характеристики антенн, например использование модулированных замедляющих структур.

Различные части антенны поверхностной волны служат различным целям. От конструкции возбудителя зависит эффективность возбуждения поверхностной волны. Замедляющая структура направляет поверхностную волну и обеспечивает основное излучение антенны. Поле излучения, антенны поверхностной волны является результатом интерференции поля_и_излучения замедляющей структуры и поля излучаемого возбудителем. Последнее является вредным фактором, искажающим диаграмму направленности.

4.Возбуждение антенны

Возбуждающее устройство 2 антенны (см. рис.1) предназначено для трансформации энергии, подводимой к антенне по фидерной линии, в энергию поверхностной волны, которая направляется далее замедляющей структурой. Возбуждающее устройство характеризуется своей эффективностью, которая определяется либо коэффициентом возбуждения поверхностной волны, либо эквивалентными ему характеристиками, например эффективной зоной возбуждения поверхностной волны. Коэффициент возбуждения определяется отношением мощности, переносимой поверхностной волной, к полной мощности подводимой к антенне.

Непосредственное излучение возбудителя не только снижает его эффективность, но и приводит к искажению диаграммы направленности антенны за счет интерференции этого излучения с излучением, формируемым замедляющей структурой антенны.

Существуют различные схемы возбуждения поверхностных волн, которые можно разделить на две основные группы: возбуждение источниками, расположенными либо поперечном сечении поверхностной волны, либо вдоль нее. В первом случае для эффективного возбуждения распределение источников должно воспроизводить распределение поля поверхностной волны в поперечном сечении. Источники такого рода реализуются апертурными возбудителями в виде раскрыва рупора или волновода.

Наиболее широко используется возбуждение поверхностных волн раскрывом рупора рис. 1, .2.

рис.2.

Замедляющая структура заходит внутрь рупора, для того чтобы обеспечить плавное преобразование волны в волноводе в поверхностную волну без появления высших типов волн и отражений. В зависимости от замедления поверхностной волны в раскрыве рупора его размер должен быть таким, чтобы уменьшение амплитуды поля волны на этой длине было не менее 10 дб из-за влияния верхней стенки рупора. Если величина ограничена, то лишь определенная доля мощности, подводимой к возбудителю, переходит в поверхностную волну. Поэтому эффективное возбуждение возможно лишь при достаточно большом замедлении поверхностной волны (>1,2).

 Скачать реферат