Название: Оптика - Методическое руководство (Б.Л. Паклин)

Жанр: Медицина

Просмотров: 1595


2.1.  общие положения и обзор литературы

 

Направленные свойства узкополосных антенн существенно ухудшаются при изменении длины волны излучаемого (принимаемого) сигнала. Между тем в современных радиотехнических системах требуются антенны с коэффициентом перекрытия  рабочего диапазона волн порядка 10 и более.

Возможность построения широкодиапазонных антенн основывается на одном из положений теории излучения, согласно которому электрические характеристики излучающей системы (антенны) определяются как ее конфигурацией, так и соотношениями между ее размерами и рабочей длиной волны. Следствием этого положения является принцип электродинамического подобия [8], состоящий в том, что при сохранении формы излучающей системы и соотношения между ее размерами и длиной волны электрические характеристики антенны остаются неизменными. Поэтому для реализации частотно-независимых антенн необходимо выбрать такую их структуру, чтобы отношение ключевых размеров антенны к длине волны не изменялось (или слабо менялось) при перестройке частоты в широких пределах.

Одной из таких антенн является логопериодическая дипольная антенна (ЛПДА), образованная системой симметричных вибраторов, запитанных свитой двухпроводной линией, т.е. линией, у которой верхний и нижний проводники попеременно меняются местами (рис. 15). В этой антенне особенно наглядно проявляется принцип электродинамического подобия. При этом наибольшую (до 90…95 \%) долю энергии генератора, распространяющейся в свитой двухпроводной линии слева направо, излучают те диполи (они называются резонирующими), длина которых близка к . Так как диполи сильно связаны с питающей свитой двухпроводной линией (фактически связь с линией – гальваническая), то можно считать, что фаза тока в диполях в основном определяется расстоянием между диполями по свитой двухпроводной линии и фазовой скоростью волны в ней. Считая последнюю близкой к скорости света, получаем, что ток во втором (правом) резонирующем диполе отстает от тока в первом (расположенном левее второго) резонирующем вибраторе на угол , где . Если в первом приближении принять амплитуды токов в обоих резонирующих диполях близкими, то в точке наблюдения, расположенной в дальней зоне Фраунгофера справа на оси антенны, электромагнитные поля рассматриваемых резонирующих диполей будут вычитаться. С другой стороны, в точке наблюдения, лежащей в дальней зоне слева на оси антенны, поля этих диполей будут складываться со сдвигом фазы . Иными словами, максимум излучения логопериодической дипольной антенны направлен в сторону короткого диполя.

 

Рис. 15

Анализ излучающих свойств логопериодической дипольной антенны начался с опубликования работ [9, 10]. Затем он был углублен в работах Каррела (R. L. Carrel), опубликованных в 1960 и 1961 гг. в Трудах американских симпозиумов по антенной технике, и далее подытожен в его докторской диссертации [11]. В русском переводе одна из работ Каррела опубликована в книге

[8, с. 296]. Однако в последующие годы авторами работ [12–14] было показано, что Каррел некорректно подошел к учету некоторых факторов в анализе излучающих свойств логопериодических дипольных антенн. Соответствующие корректировки в анализ Каррела были внесены, и на их основе был разработан эффективный алгоритм поэтапного проектирования таких антенн. К сожалению, этот алгоритм насыщен различными процедурами последовательных приближений, и его полномасштабное применение требует значительных временных и вычислительных ресурсов, выходящих за рамки учебного процесса.

В 1988 г. автор работы [15] систематизировал и углубил результаты анализа логопериодических дипольных антенн, представив серию номограмм для оценки их потенциальных (предельно достижимых) показателей. Представляется, что эта работа наиболее удачно и адекватно отражает результаты анализа и проектирования логопериодических дипольных антенн, поэтому последующее изложение опирается на результаты работы [15].