1.5. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Структурную схему установки с указанием всех основных узлов приемного и передающего тракта;

2. Результаты эксперимента в виде зависимостей уровня поля от длины шлейфа, ДН в режиме рефлектора и директора с указанием расстояния между элементами и выбранных оптимальных значений длин шлейфа;

3. Расчетные данные:

– график отношения вперед/назад (1.9), как функция длины шлейфа. Здесь следует отметить, что коэффициент m(отношение токов в вибраторах) зависит отХ_н, который в свою очередь определяется длинной шлейфаl_ш.

– расчетные ДН в виде графиков (1.8).

4. Выводы по работе.

2. Исследование спиральной антенны

2.1. Введение. Теоретические сведения

Спиральные антенны (СА) широко используются в качестве самостоятельных излучателей или в составе небольших антенных решеток как широкополосные излучатели круговой поляризации, работающие в режиме осевого излучения. Чаще всего СА представляет собой спиральный проводник огра­ниченной длины (несколько длин волн), намотанный на диэлектрический каркас, один конец проводника САподсоединен к внутренней жиле возбуж­дающего коаксиального кабеля, другой оставлен свободным. Внешняя оплетка кабеля присоединяется к проводящему экрану (основанию) (рис. 2.1). Наиболеераспространен режим работы цилиндрической СА, при котором диаметр цилиндра равен одной трети длины волны, при этом периметр витка спирали около одной длины волны. Именно в этом случае имеет место режим осевогоизлучения с круговой поляризацией. Раз­личаютцилиндрические и конические спирали, последние характеризуются большей полосой частот. В данной работе исследуются две цилиндрические СА с экраном, оптимизированные под диапазон частот 1.7–2.7 ГГц (НЧ спиральная антенна) и 2.5–4 ГГц (ВЧ антенна). Экспериментальные частотные зависимости коэффициента отражения в тракте питания этих антенн приведены на рис. 2.2.

Рис. 2.2

Н

Рис. 2.1

а рис. 2.3 показаны качественно диаграммы направленности СА в полосе частот. Основным рабочим диапазоном СА считается интервал 0,7 << 1,3, в котором она имеет осевое излучение и круговую поляризацию (– волновое число,– радиус). При<< 1 ДН спиральной антенны близка по форме к ДН диполя Герца, а при>> 1 она имеет воронкообразный характер.

Геометрия цилиндрической СА приведена на рис. 2.4. Здесь введены следующие обозначения: – диаметр СА;– шаг витка спирали;– длина витка спирали;– угол подъема витка спирали, град. (обычно выбирают);– число витков.

Рис. 2.3

Рис. 2.4

Рис. 2.5 поясняет механизм формирования поля круговой поляризации в режиме осевого излучения СА. При длине витка СА, близкому к длине волны, в антенне устанавливается режим бегущей волны тока и в каждый момент времени одному витку СА можно поставить в соответствие два одина-

Рис. 2.5

ковых синфазных изогнутых диполя. В частности, на рис. 2.5, а,б, в последовательно, в трех разных моментах времени виток эквивалентен двум изогнутым диполям, принимающим различные угловые положения в плоскости витка. Результирующий вектор напряженности излученного электрического поля вращается с постоянной длиной.

ДН спиральной антенны как ДН антенной решетки, состоящей из кольцевых плоских излучателей. Для приближенного расчета диаграммы направленности СА ее удобно рассматривать как систему, состоящую изNодинаковых элементов, расположенных вдоль продольной осиzс шагомd. Такая система носит название одномерной (линейной) антенной решетки. Ее элементами в данном случае являются неплоские витки спирали. Они возбуждены со сдвигом фаз от витка к витку. В соответствии с теоремой перемножения диаграмм направленности ДН такой антенной решетки представляет собой произведение множителя решетки (системного множителя)и характеристики направленности ее элемента – в данном случае витка спирали:

. (2.1)

Системный множитель. В общем случае, когда в решетке скачок фазымежду соседними элементами имеет произвольное значение, модуль системного множителя, входящего в (2.1), представляется выражением

. (2.2)

В нашем случае и входящее в (2.2) отношениеравно единице, с учетом этого:

.

Диаграммы направленности витка спирали. Характеристика направленности такого витка известна из теории антенн, она имеет две составляющие – по ортам сферической системы координати[4], [5] (рис. 2.6):

Рис. 2.7

, (2.3)

где

(2.4)

, (2.5)

– функция Бесселяn-го порядка,– радиус витка спирали. В формулах (2.4), (2.5) учтено, что осевое направление в данном лабораторном макете соответствует углуравному 90 градусов. В выражении (2.3) знак перед вторым слагаемым зависит оттого, в какую сторону выполнена намотка спирали. Как видно из (2.3), -я и -я составляющие характеристики направленности сдвинуты на 90^о по фазе. Следовательно, вектор является эллиптически поляризованным, как и векторы напряженности электрического и магнитного полей. В направлении нормали к плоскости витка (осевом), т. е. при, таким образом, в этом направлении поле излучения имеет круговую поляризацию.

КНД и ширина главного лепестка диаграммы направленности. Для приближенного расчета параметров ДН спиральных антенн полезны следующие полуэмпирические формулы [1], [2]. Ширина главного лепестка ДН по уровню половинной мощности (град.):

(2.6)

Коэффициент направленного действия цилиндрической СА

. (2.7)