Антенналық құрылғылардың техникалық және теориялық дамуынан қысқаша мәлімет
жүктеу/скачать 1,23 Mb.
|
| 2.2.1Айна антенналары
Айна немесе рефлекторлық антенналар сәулелегiш және рефлекторлардан тұрады. Рефлектор - оның апертура беретiн параллель сәуле бiр нүктеге жаңқала қамтып көрсететін фокус деп аталатын нүктеге жинайтын айналу параболоиды. Параболоидтың шет шектелген айналулар бұл жазықтықтың бiр бөлiгi апертура. Сәулелегiш - бағытталған кең диаграммасы бар антенна. Жазықтық, рефлектордың ғұлама сыртқы өлкелерiмен, антеннаның ашылымы болып табылады. Осесимметриялық антенна ашылымы шеңбердiң формасындай алады. Үлкен БӘК-пен антенналар раскрывасы толқын ұзындығының өлшемді болады. Антеннаны шағылдырғыш ретiнде қолданылатын айналуды параболоид жазық параболаның айналуымен өстер оны қоршауға құрастырады. Параболоидтың параллел өстерi, серiктен (радиотолқын ) жаңқала фокуске апертура шағылған (фокус қашықтық ) бiрдей өтедi. Екi сәулелердi шағылған ескертпе дабылдар бiрдей қашықтықты F-тың фокустерiне өтедi. Бұл A+B=C+D-тың қашықғын білдіреді. Барлығы және параболоидтың айнасы бағытталған серiктiң жiберушi антеннасын сәуле таратады F-тың фокустерiнде синфазалық шоғырландыратын жаңқала. Егер айнаның фокусiне сфералық толқын құратын сәулелегiштi орналастырса, онда рефлектордың раскрывасы жазықтық бiрдей фазалардың жазықтығымен болып табылады. Нәтижеде сфералық толқын жазық өзгертедi, БД - тар. Параболаның параметрiнiң таңдауы параболоидтың тереңдiгi, өйткенi төбе мен фокустер арасындағы қашықтықты анықтайды. Айна (терең айна) с онымен бiрге ашылым бұрышы қысқа фокусты деп атайды. Ұзын фокусты - және (майда айнасы). Ашылым мен радиустың үлкеюiмен, кiшiрейуінен БД тарылады. Сәулелегiш мiндеттi: - бағытталғандықты рефлектор бiржақты бағытында ие болу; - қажеттi раскрывеге өрiсiнiң амплитудалық үлестiрiлуiн қамтамасыз ету; - айнаның фокусiмен сәйкес орталық вый орнықты фазасының болу; - аз көлеңкелі ашылым құру; - жиiлiктердiң тиiстi жұмыс жолағын алу. Кез келген аз бағытталған сәулелегiштер ретiнде қолданыла алады - антеннаның зығыр дүкендерi: 1) Сырықтың түрiндегi контрефлектормен жарты толқындық дiрiлдеткiштер немесе диск сияқты оңай, аз көлеңкелеулердi құрады, бiрақ. Толқындардың дмдарын аралықта қолданылады. 2)Рупор сәулелегiштерi кең жолақты болып табылады, бiрақ оларды антенна ашылып көбiрек көлеңкелейдi. Рупор сәулелегiштерi 600 мгц және одан жоғары жиiлiктерде қолданылады. 3)Спираль сәулелегiштерi эллиптиялық поляризациясы бар толқындарды алуға мүмкiндiк бередi. Рефлектордың раскрывесiне және жылдам оның шегiнен шыққанда басылу амалдарынша бiр қалыпты болу тиiстi сәулелегiшпен амалдарынша бiр қалыпты болу тиiстi жасалған өрiс. 1)Сәулелегiштiң барлық дерлiк энергиясының қысқа фокусты антенналарында рефлекторға тигiзедi, бiрақ өрiстiң үлестiрiлуi КИП төмендететiнi бiр қалыпты. 2)Ашылымға өрiстiң ұзын фокусты антенналарында бiр қалыптырақ, бiрақ энергия көп бытырайды. Параболалық антенналар екi негiзгi сыныптарға жiктеледi: симметриялық параболалық рефлектор және асимметриялық. Антенналардың бiрiншi түрi тiке фокусты, екiншi офсет деп аталуға қабылдалған.Егер дейiн қажеттi антеннаның өлшемiнiң таңдаулы серiктiң бағдарламаларының орнықты қабылдауы үшiн, офсет антенналарын орынды қолданылсын, 1, 5 м, өйткенi айнаның көлеңкелеуiн эффекттiң антеннаның жалпы ауданын үлкеюмен түбегейлiден кемдердi болып қалыптасады. Антеннаның бағытталу диаграммасы Антеннадан электромагниттік өрісі сәулеленгендегі есебін көп кәдімгі қорек көздерінен (сәулеленгіштер) тұратын құрылғы ретінде қарастырған жөн. Максвеллдің сызықтық теңдеуінің арқасында кәдімгі қорек көзі поляларына суперпозиция принципі қолданылуы мүмкін. Ол оның кәдімгі сәулеленгіштерінен тұратын поляларын соммалау нәтижесінде антеннаның полясын табуға мүмкіндік береді. Поляларды соммалау қорек көздері бойынша олардың интегралдауына алып келеді. Кәдімгі қорек көздеріне мыналар жатады: сымды антенналар болған жағдайларда кәдімгі электрлі вибраторлар КЭВ; щелдік антенналар болған жағдайда кәдімгі магнитті вибраторлар; апертурлы антенналар болған жағдайларда толқынды фронттың шексіз кіші элементтері немесе Гюйгенс элементтері. Электромагниттік поляның векторлық сипатының есебінсіз алыс аймақтағы еркін шынайы антеннаның Е электрлік поляның кернеулілігінің комплексті амплитуда үшін формуласы мынадай түрде болады: мұндағы: А – бағытталудан бақылану нүктесіне байланысты емес комплексті көбейткіш (оған стандартты көбейткіш exp(-ikr)/r, мұндағы r – антеннаның фазалық орталығынан бақылау нүктесіне дейінгі арақашықтық болып табылады; - фаза коэффициенті немесе еркін кеңістіктегі толқындық сан); θ,φ – бақылау нүктесінің координаттары; |f(θ,φ)| - бағытталудың амплитудалық сипаттамасы; ψ(θ,φ) – бағытталудың фазалық сипаттамасы. Кәдімгі электрлік вибратор жағдайында: мұндағы: I – вибратордағы токтың амплитудасы; l – вибратордың ұзындығы; толқынның сипаттамалық кедергісі; еркін кеңістікте Ом. Антеннаның бағытталуының амплитудалық сипаттамасы деп кернеулік шамасының (модуль) электрлік поляға тәуелділігін айтамыз. Ол бағытталудан осы нүктеге дейін тұрақты арақашықтықта θ бұрыштары мен φ координатаның сфералық жүйесімен сипатталатын антеннадан бақылау нүктесіне дейінгі бақылау нүктесінде антеннамен жасалады. Антеннаның бағытталуының фазалық сипаттамасы деп θ және φ бұрыштарымен сипатталатын, бақылау нүктесінде антеннамен жасалған, алыс зонада сфераның бетінде орналасатын, бағытталудан осы нүктеге дейінгі поля фазасының тәуелділігін айтамыз. f(θ,φ) көбейткіш шаманы ғана анықтап қоймай, сонымен қатар поляның кернеулік фазасын анықтайды, өйткені 180º -қа поляның кернеулік фазасынының секіруіне сәйкес келетін f(θ,φ) функциясы нөл арқылы ауысқанда оның белгісі өзгереді. Сондықтан, бағытталудың амплитудалық сипаттамасы осы функцияның |f(θ,φ)| модулі болып табылады. Ары қарай жазуды оңайлату үшін модулдің белгісін жазбай отырамыз. Жалпы жағдайда бағытталудың сипаттамасы векторлық және комплекстік шама болып табылады. , көрінісі деп антеннаның бағытталуының комплексті сипаттамасын айтамыз. Ол антеннаның алыс зонасында электромагниттік полядан сәулеленетін бұрыштық таралу мен фазалық қасиеттерін толық анықтайды. Антеннаның бағытталу сипаттамасы антеннаның өлшемдерімен және конфигурацияларымен, сондай-ақ қозған токтың таралуымен анықталады. Еске сала кетсек, алыс зона (сәулелену зонасы немесе Фраунгофе-ра зонасы) осы зонада орналасқан антеннаның кез келген нүктесінен бақылау нүктесіне жүргізілген сәуленің бағытталуы параллельді болады деп сипатталады. Әйткенмен, антеннаның әртүрлі элементтерімен бақылау нүктесінде жасалатын поляның фазасын анықтауда қате табылады. Антеннаның өлшемдерімен салыстырғанда антеннамен бақылау нүктесінің арақашықтығы артқан сайын бұл қате азая береді. Алыс зонаның rизл арақашықтығы rизл ≥2R²/λ шартымен анықталады, мұндағы R – сәулелегіш жүйенің ең үлкен өлшемі. Бұл зонада поляның көлденең сипаттамасына ие болады (таралу бағытында жасаушы Е және Н векторлары болмайды); бақылау нүктесінің айналасында поля тегіс толқын сипаттамасына ие болады; антенна элементтерімен сәулеленетін поляның амплитудалары кері пропорционалды арақашықтықты жоқ қылады. Әдетте, өрістің абсолютті кернеу шамасына емес, антенна техникасында бағытталудан бақылау нүктесіне дейінгі кернеу тәуелділігі сипаттамасына көңіл бөледі. Сондықтан, бағытталудың нормаланған сипаттамасын F(θ,φ) қолданған ыңғайлы, яғни максималды сәулелену бағытында кернеулік белгісіне еркін бағытта антеннадан сәулеленетін поля кернеулілігінің ара қатынасы болып табылады F(θ,φ) = |E(θ,φ)|/|Emax(θo,φo)| = f(θ,φ)/fmax(θo,φo). F(θ, φ) максималды шама әрдайым бірге тең. Бағытталудың амплитудалық сипаттамасының графикалы көрінісін антеннаның бағытталу диаграммасы (БД) деп атайды. Кеңістіктік БД ұзындығы анықталған масштабта әр бағытта f(θ,φ) функциясына тең болатын, координатаның басынан шығатын, радиус-векторы соңымен көрінетін, f(θ,φ) немесе F(θ,φ) беткі қабаты түрінде суреттеледі. Негізі тәжірибиеде қандайда бір таңдалған жазықтықтағы бағытталу сипаттамасын бейнелейтін БД-ны қолданады. Мұндай жазықтықтар ретінде негізі максималды сәулелену бағыты арқылы сәйкес келетін, екі өзара перпендикуляр жазықтықтар таңдалады. Сызықты поляризацияланған поляны сәулелейтін антенналар үшін негізгі жазықтықтар деп Е немесе Н векторларында (жазықтықта) жататын жазықтықты айтады. Бағытталу диаграммалары полярлық немесе декарттық (тікбұрышты) координата жүйелерінде бейнеленеді. Кейбір жағдайларда жазықтықтық (үш өлшемді) БД-ны бейнелейтін картографиялық тәсіл қолданылады. Ол бұрыштардың үлкен диапазонында көп желекті (яғни көп нөлдері мен максимумдары бар) БД-ны бейнелеу үшін ыңғайлы. Бұл тәсіл географиялық картадағы меридиандар мен паралллелдер торы сияқты қандай да бір координаталық жүйеде θ φ координатасының тегіс сеткасы құрастырылуынан құралады. Осы торда бекітулі сызық ретінде әр түрлі масштабтағы F(θ,φ) нөмірленген бағытталу сипаттамасының бірдей мағынасын бейнелейді. БД-ны бейнелеу үшін, көбінесе, F(θ,φ)=20lg F(θ,φ) децибелл арақатынасымен енгізілетін логарифмдік масштаб қолданылады. Кейбір жағдайларда F²(θ,φ) қуатындағы бағытталу сипаттамасы (диаграммасы) ұғымы қолданылады. F(θ,φ) функциясы θ және φ әртүрлі бұрыштары үшін нөл арқылы өтеді және бірнеше максимумдері болады, яғни БД-ның көп желекті сипаттамсы болады. Бағытталу диаграммасын бас желектің енімен (сәуле ені) және бүйір желектің салыстырмалы деңгейімен сандық жағынан сипаттау үйреншікті. Нақтылы антеннаның БД-сы БД ені (сәуле ені) деп поля кернеуі белгілі бір мәнге дейін түсетін, бағытталулар арасындағы бұрышты айтамыз. Осылай нөлдік сәулелену деңгейі бойынша БД енін поля кернеуі нөлге дейін түсетін (сурет 3.3) бағытталулар арасындағы 2θ0 бұрышын айтады. Қуат жартысы бойынша БД ені деп |Е|=|Emax|/√2 немесе қуат ағынының орташа тығыздық мәніне сәйкес бағыттаулар арасындағы 2θ0,5 бұрышын айтамыз. Максималды сәулелену бағытына сәйкес максимумды ең үлкен желекті бас желек деп , ал кіші желектерді бүйір (артқы квадрантта орналасатын желектер, яғни және бұрыш диапазондарында орналасатын желектер, оларды көбіне артқы деп атайды) деп атаймыз. Салыстырмалы бүйір желек деңгейіде (БЖД) берілген желекте (ENmax) максимум бағытындағы полясы, кернеуі бас максимум (Emax) бағытында поля кернеуіне қарай ара қатынасы болады, яғни , немесе децибеллда , мұндағы N=1,2,3,.....- бүйір желек нөмірі (бас желек үшін N=0). Әдетте, бүйір желекті басуға ұмтылады, яғни шамасы аз болуына ұмтылу. Көп жағдайда бағытталудың амплитудалық сипаттамасына көңіл бөледі. Бағытталудың фазалық сипатамасын радиолокацияда, радионавигацияда және басқа да бірқатар жағдайларда қолданады. Егер поля антеннасынан сәлеленетін фаза бағытталудан бақылау нүктесіне байланысты болмаса және тек f(θ,φ) немесе F(θ,φ) функциялары нөл арқылы өткенде керіге өзгереді, яғни БД-ның бір желектен екіншісіне өтсе, онда мұндай антенна сфералық толқынның қорек көзі болып табылады. Оған көбейткіші дәлел бола алады. Бұл толқындар антеннаның фазалық орталығы деп аталатын бір нүктеден таралады. Бұл нүкте таңдалған координата жүйесінің басында орналасқан, сондықтан фазалық сипаттама координата бастауының орналасуына байланысты болады. Бірақ барлық нақты антенналардың фазалық орталығы болмайды, яғни сфералық толқындарды сәулелейді. Әдетте оларға толқын фронтын ең жақсы аппроксимациялайтын сфераны таңдап алуға болады. Осы сфераның орталығын антеннаны сәулелейтін орталығы деп атайды. Фазалық сипаттаманың графикалық бейнесі деп фазалық БД-ны айтады. жүктеу/скачать 1,23 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|