книги / Основы радиотехники и антенны. Антенны

БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ Г. Б. «Основы радиотехники и антенны», часть II. «Антенны». М., «Советское радио», 1969, 328 .гр, т. 170.000 ц 85 коп.

в пер. № 7; ц. 82 коп., в пер. № 5.

Книга является второй частью учебника для техникумов «Ос­ новы радиотехники и антенны». Эта часть, называемая «Антенны», органически связана с первой частью учебника, посвященной осно­ вам радиотехники.

Вкниге рассматриваются радиотехнические параметры антенн

исразу же, для иллюстрации, определяются параметры и характе­ ристики элементарного вибратора; излагается теория симметрич­ ного и несимметричного вибраторов и вслед за этим изучаются антенны различных диапазонов волн, преимущественно сверхвы­ соких частот. Часть книги посвящена вопросам технической элек­

тродинамики: элементам волноводного и фидерного трактов, содер­ жащим и не содержащим ферриты, антенным переключателям и др. В заключение рассматриваются функциональные особенности связ­ ных, навигационных и радиолокационных антенн

3 — 4 — 3 "48” -6 У

Предисловие

Книга является второй частью учебника для техникумов «Основы радиотехники и антенны» и посвящена теории и технике антенно-фидерных устройств. Она логически и методически связана с первой частью учебника, в которой рассматри­ ваются основы радиотехники, элементы теории электромагнитного поля и распространение радио­ волн.

В книге 9 глав.

Глава первая посвящена техническим пока­ зателям антенн; этот материал иллюстрируется примерами определения параметров и характерис­ тик элементарного вибратора.

Глава вторая «Симметричные и несимметричные вибраторы» и глава третья «Фидеры» целиком из­ ложены на основе теории длинных линий и теории электромагнитного поля, которые были освещены в первой части учебника.

Антенны различных диапазонов (главы чет­ вертая, пятая, шестая) рассматриваются парал­ лельно с соответствующими разделами теории излучения и приема радиоволн. Это сделано для того, чтобы относительно сложная теория излу­ чения и приема не казалась абстрактной и уча­ щиеся имели возможность сразу же применить ее к практическим схемам и конструкциям.

Главы седьмая и восьмая, в которых изучаются элементы волноводного и фидерного трактов, вол­ новодные мостовые схемы и антенные переключа­ тели, несколько выходят за рамки курса антенно­ фидерных устройств и по сути дела освещают тех­ нику сверхвысоких частот (техническую электро динамику).

В заключительной девятой главе рассматри­ ваются функциональные особенности антенн, при­ меняемых в радиосвязи, радионавигации и радио локации.

Во всех главах II части учебника, как и в I, под­ черкивается единая логическая схема, которой подчиняется весь курс, единство принципов, на которых основывается современная радиотехника.

В заключение автор приносит глубокую бла­ годарность кандидату технических наук, доценту Г. Б. Резникову за критические замечания и полез­ ные рекомендации, высказанные в обстоятельной рецензии на рукопись учебника.

Отзывы и пожелания по содержанию учебника просим направлять по адресу: Москва, Главпоч­ тамт, п/я 693, издательство «Советское радио».

сконцентрировано в конденсаторе, а магнитное — в катушке само­ индукции), получение (излучение) электромагнитных воли практи­ чески невозможно. Строго говоря, замкнутый колебательный кон­ тур излучает радиоволны, поскольку в нем имеется ток смещения, но обычно этот ток не ответвляется от конденсатора в пространство, тогда излучение контура ничтожно мало.

Условия излучения выполняются в открытом колебательном контуре, к которому можно перейти от замкнутого, раздвигая плас­ тины конденсатора и одновременно увеличивая их размеры для со­ хранения неизменной собственной частоты контура (рис. 1.1, б,в,г).

Рис. 1.2. Распределение тока и напряжения в симметрич­ ном вибраторе.

Антенна, полученная в результате такого схематично описан­ ного перехода от замкнутого колебательного контура к открытому, отличается геометрической симметрией и потому называется

симметричным вибратором (диполем). Такой же вибратор был получен (ч. I, § 88) из разомкнутой длинной линии и это не случайно: длинная линия, работающая в режиме стоячих волн, эквивалентна

дают некоторой индуктивностью, распределенной вдоль проводов, и некоторой емкостью между проводами (рис. 1.2, а). Под влиянием переменного напряжения, приложенного к входным клеммам антен­ ны, в индуктивностях возникает ток проводимости, а в емкостях — ток смещения. Это единый ток, направление которого показано на рисунке стрелками. Поскольку имеющийся ток смещения охваты­ вает большой объем пространства, то становится возможным эф­ фективное излучение электромагнитных воли.

Симметричному вибратору свойственно неравномерное распре­ деление тока и напряжения. Так, при длине вибратора I <=* XI2 токи, возникающие на любом элементарном участке антенны, обя­ зательно проходят через зажимы генератора и индуктивности 1— 1', через индуктивности 2—2' уже проходит меньший ток, так как в эту цепь не попадает емкостный ток участка 1—/'; через индуктив­ ности 3—3' не замыкаются токи смещения не только участка 1—/', но и 2—2', и т. д. В итоге амплитуда тока 1т уменьшается в направ­ лении от середины к концам вибратора от максимума до нуля (рис. 1.2, б), как в соответствующей разомкнутой линии. Аналогично доказывается, что при / XI2 амплитуда напряжения Um умень­ шается от максимума до нуля при движении от концов вибратора к его средней точке (рис. 1.2, б).

Рис 1.3. Распределение тока и напряжения в несимметричном вибраторе.

На практике широко применяются несимметричные вибраторы (рис. 1.3), в которых земля заменяет второй провод симметричного вибратора. Такая замена возможна благодаря сравнительно хоро­ шей проводимости земли.

В несимметричном вибраторе, как и в симметричном, емкости элементарных участков соединяются между собой параллельно, а индуктивности этих участков — последовательно (рис. 1.3, а). Поэтому на открытом конце несимметричной антенны ток равен нулю при максимальном напряжении, а на заземленном конце виб­ ратора напряжение равно нулю при максимальном токе (рис. 1.3, б),

3. Характеристики и радиотехнические параметры передающих антенн

Рассмотрим основные характеристики и параметры, определяю­ щие качество передающих антенн. В первую очередь обратимся к радиотехническим параметрам, которые характеризуют передаю­ щие антенны с точки зрения эффективности преобразования энер­ гии связанных электромагнитных волн в энергию свободных элек-

тромагиитных волн, а затем перейдем к эксплуатационным показа­ телям.

1.Сопротивление излучения. Этот параметр связан по смыслу

смощностью излучения антенны РЕ, т. е. со средним значением потока электромагнитной энергии, проходящего в единицу времени сквозь сферу, окружающую антенну. Мощность излучения актив­ ная (она не возвращается в передающую антенну и передатчик), поэтому ее можно выразить через активное сопротивление, на­

зываемое сопротивлением излучения, следующим соотношением:

где / — действующее значение тока в антенне.

Сопротивление излучения, являясь активным, все же не вызы­ вает преобразования электрической энергии в тепловую. Оно харак­ теризует способность антенны' к излучению электромагнитной энер­ гии. Количественно сопротивление излучения определяется как активное сопротивление, на котором выделяется мощность, численно равная мощности излучения при токе в сопротивлении, равном току в антенне.

Выведем, исходя из этого, формулу сопротивления излучения диполя Герца. Такой диполь, как известно, является элементарным вибратором, длина которого настолько меньше длины волны, что ток считают одинаковым по всей длине диполя Герца.

Пусть диполь совпадает с осью Ог и центр его совпадает G цент­ ром сферы, которая находится в дальней зоне и имеет радиус г (рис. 1.4). Плоскость, проходящая через центр сферы перпендику­ лярно оси Ог, называется экваториальной, а плоскости, проходящие через ось Ог, называются меридиональными.

Как видно из рис. 1.4, силовые линии электрического поля вибратора находятся в меридиональной плоскости. Линии магнит­ ного поля, имеющие форму окружности с центром на оси Ог, рас­ положены в плоскостях, перпендикулярных данной оси. Поэтому меридиональную плоскость называют иначе ^-плоскостью, а эква­ ториальную — //-плоскостью. В соответствии с расположением вектора Е (в меридиональной плоскости, проходящей через данную точку пространства) и вектора Н (в той же точке перпендикулярно меридиональной плоскости) вектор Пойнтинга П указывает, что электромагнитные волны распространяются по радиусам, исходящим из центра сферы. Иными словами, в данном случае получается сфе­ рическая волна, которую вдали от вибратора можно рассматривать как плоскую.

Эта волна является бегущей. На расстоянии г, соответствующем дальней зоне, и при длине волны Я мгновенные значения напряжен­ ностей электрического и магнитного полей выражаются соответст­ венно формулами

Ямп. = ЕтS'n М ~ РО = sin (®* ~ у - Г) ’ Я мгн = Ят sin (со/ —Рг) = Нт sin — -Y г) .

Математический анализ показывает, что при длине элементар­ ного вибратора / и амплитуде тока в нем /т амплитуда напряжен­ ности магнитного поля равна

где 0 — зенитный угол, образованный осью вибратора и радиусом сферы, проходящим через данную точку пространства.

На основании приведенных формул можно утверждать, что для электромагнитных волн, излучаемых диполем Герца, харак­ терно следующее.

1. Амплитуды напряженностей полей вибратора прямо про­ порциональны амплитуде тока в нем; это объясняется тем, что ток