авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«И.П. Заикин, А.В. Тоцкий, С.К. Абрамов, В.В. Лукин ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ 2005 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ...»

-- [ Страница 3 ] --

2r/л 3. При сравнительно ма лых диаметрах стержня VФ = с, 1, 0,5 0, 0,1...0,2 начиная с некоторого диамет Рис. 6.15 ра (см. рис. 6.11), дальнейшее его увеличение приводит к быстрому уменьшению VФ, которая вскоре достигает величины VФ = с /, после чего опять почти не меняется.

4. Чем меньше диэлектрическая проницаемость, тем более поло гой является кривая изменения VФ/с от d/ и тем позже (при больших значениях d/) начинается переход от vФ = с к vФ = с/ (см. рис. 6.14).

5. При каждом заданном значении кривая VФ/с имеет более по логий характер вблизи VФ = с/ и более крутой вблизи VФ = с.

6. При VФ = с почти все излучение переносится внешним про странством (Рі/Ра = 0). При VФ = с/ почти все излучение переносится стержнем (Рі/Ра ) (см. рис. 6.15).

7. Картина электромагнитного поля в диэлектрическом стержне аналогична картине поля в волноводе при возбуждении в том и дру гом случае одинаковых типов волн. На границе диэлектрик – воздух соблюдается закон непрерывности касательных составляющих поля (см. рис. 6.12) в отличие от волноводов, где касательная составляю щая электрического вектора вследствие появления поверхностных токов равна нулю (см. рис. 6.4).

8. При несимметричном возбуждении принципиально невозможно отделить волны типа Нmn от волн типа Еmn, существующих совместно.

Подбором способа возбуждения можно сделать тот или иной тип преобладающим. При возбуждении перпендикулярным к оси излуча телем преобладает тип Нmn.

6.3. Второй принцип эквивалентности Сущность этого принципа заключается в эквивалентности токов смещения в диэлектрике токам проводимости в металлах.

Пусть в диэлектрическом стержне с диэлектрической проницае мостью и магнитной проницаемостью µ = µ0 существуют электриче r r ские токи с плотностью j Э, магнитные токи равны нулю ( j м = 0).

Запишем уравнения Максвелла для этого пространства:

rr r rot H = j э + iE ;

r r rot E = iµ 0 H ;

() r div E = ;

r div H = 0. (6.27) r Введем новые величины – суммарную плотность тока j * и сум марную плотность заряда *:

r* r э r j = j + i( 0 )E ;

[ ] r * = div ( 0 )E, (6.28) где 0 – диэлектрическая проницаемость свободного пространства (вакуума). r Исключив из системы уравнений (6.27) j Э и, с помощью (6.28) получим rr r rot H = j * + iE, r r rot E = iµ 0 H, () r div 0 E = *, r div H = 0. (6.29) Из сравнения (6.29) с (6.27) видно, что (6.29) соответствует среде с диэлектрической проницаемостью 0, т.е. свободному пространству, r но в которой имеются плотность токов j * и плотность зарядов *, определяемые (6.28).

r э При отсутствии токов проводимости и электрических зарядов ( j = 0, = 0) диэлектрический стержень с проницаемостью, в кото r ром возбуждается электромагнитное поле E, можно условно рас сматривать как среду с проницаемостью 0, в которой возбуждены токи и заряды с эквивалентной плотностью r r jэкв = i( 0 )E, [ ] r экв = div ( 0 )E. (6.30) В случае однородного изотропного стержня ( = const) r отсутст и вия в нем токов проводимости и зарядов, как известно, div E = 0, сле довательно, и экв = 0.

Таким образом, согласно второму принципу эквивалентно сти диэлектрический стержень антенны, являющийся однородной изотропной средой с диэлектрической проницаемостью, в котором r возбуждается электромагнитное поле с электрическим вектором E, может рассматриваться как среда с диэлектрической проницаемостью r 0, но с возбужденными в ней электрическими токами плотностью jэкв, определяемой (6.30). Поскольку же внешняя среда также обладает диэлектрической проницаемостью = 0, то задача об излучении ДСА может быть сведена к задаче об электромагнитном поле в однород ной среде с = 0, в которой в месте нахождения диэлектрического r стержня возбуждены токи с плотностью jэкв [1].

В связи с изложенным принципом уместно сформулировать пер вый принцип эквивалентности: "По отношению к создаваемому ис точниками электромагнитному полю между собой эквивалентны по верхностные токи и заряды, с одной стороны, и касательные и нор r r мальные составляющие векторов поля E и H на поверхности, с дру гой стороны". Математически этот принцип выражается следующим образом [19]:

[ ] r r rэ nH = jпов экв ;

[ ] rм rr nE = jпов экв ;

( ) rr µ nH = м экв ;

пов ( ) rr э nE = пов экв, (6.31) r где n – орт внешней нормали к поверхности.

() [] rr rr Нужно помнить, что в силу nE = 0, nH = 0 на поверхности иде rм ального проводника jпов = 0, мпов = 0.

6.4. Диаграмма направленности ДСА Найдем ДН ДСА в M виде диэлектрического y цилиндра длиной, диа- Rsm метром d и = const (рис. 6.16). Будем пред- R S полагать, что цилиндр ц возбуждается круглым Ey и z волноводом с несиммет d ричной волной Н11, сле- с довательно, в цилиндре будет распространяться бегущая волна НЕ11.

Напряженность поля ДСА в дальней зоне l может быть определена Рис. 6. по формуле e ikR sm E() = jэкв dV, (6.32) R sm V где в соответствии с (6.30) јэкв = і( – 0)Еу = АЕу;

Еу – проекция электри ческого вектора внутри стержня на ось Оу;

Rsm – расстояние от точки наблюдения М до произвольной точки внутри стержня (см. рис. 6.16).

Из рисунка видно, что условие дальней зоны, которое необходи мо выполнить при вычислении фаз поля, будет иметь вид (6.33) Rsm = R – zcos – sin, где R – расстояние от точки наблюдения М до начальной точки О на оси стержня;

– угол между осью стержня и направлением от точки наблюде ния до начальной точки на оси стержня.

Тогда учитывая, что для дальней зоны при вычислении амплитуд выполняется условие 1/R1 = 1/R2 = … = 1/Rsm = 1/R, можем записать E() = (A R ) E y e ikR sm dV. (6.34) V Представим Еу в виде АФР:

Еу = f(,)e-z e-іz, (6.35) где f(,) – функция, определяющая распределение поля в попереч ном сечении цилиндра;

– коэффициент затухания, определяющий зависимость амплитуды поля от координаты z;

= /VФ – фазовая постоянная волны НЕ11 в стержне.

Подставив (6.35) и (6.33) в (6.34), получим d 2 ( ) f (, )e l E() = Ae dd e z e iz e ikz cos dz.

ikR ik sin (6.36) R 00 Картина поля волны НЕ11 в поперечном сечении диэлектрического цилиндра (см. рис. 6.12) подобна картине поля волны Н11 в раскрыве волновода круглого сечения (см. рис. 6.4). Поэтому с достаточной точностью можно положить:

– в плоскости Н d 2 dd 1 [(d / )sin ] ;

f (, )e ik sin (6.37) – в плоскости Е d 2 dd cos 1 [(d )sin ], f (, )e ik sin (6.38) где 1(x) – лямбда-функция первого порядка.

Тогда (6.36) будет иметь такой вид:

– в плоскости Н ( ) l R 1 [(d / )sin ] e z e iz e ikz cos dz ;

E H () = Ae ikR (6.39) – в плоскости Е ( ) l R cos 1 [(d / )sin ] e z e iz e ikz cos dz.

E E () = Ae ikR (6.40) Интеграл в (6.39), (6.40) подробно рассматривался при изучении ДН СБВ [1]. Он таков:

l l sh + i ( cos ) l dz = l, z iz ikz cos e e e (6.41) l l 2 + i ( cos ) где = /k = /СТ = с/VФ – коэффициент замедления (укорочения);

СТ – длина волны в диэлектрическом стержне.

Из (6.41) видно, что выражения (6.39) и (6.40) для Е() в обеих плоскостях будут комплексными и ДСА в общем случае фазового центра иметь не будет.

Введем обозначение:

(6.42) = (/)( – cos ), тогда нормированная ДН ДСА в плоскости Е будет l l + i + i sh FE () = cos 1 [(d )sin ] 2, (6.43) l l + i sh + i 2 2 где 0 = (/)( – 1).

Выражение (6.43) является произведением трех функций от угла :

l l + i + i sh F1 () = 2 ;

(6.44) l l + i sh + i 2 2 F2 () = 1 [(d )sin ] ;

(6.45) F3 () = cos. (6.46) ДН в плоскости Н отличается от (6.43) только тем, что в ней F3() = 1.

На рис. 6.17 показаны кривые зависимости F1() для различных значений /2, вычисленные |F1(з )| по формуле (6.44). Из этого 1, рисунка видно, что чем боль ше /2 (чем быстрее убыва ют амплитуды поля от начала 0, антенны к концу), тем шире dl 2= главный лепесток ДН и боль ше боковые лепестки. Однако 0,6 dl 2 = 0, расширение главного лепест- dl = ка и увеличение УБЛ незна- 0, чительно. Основная особен ность ДН при 0 заключает ся в отсутствии нулевых 0, значений поля, т.е. в слиянии главного и боковых лепестков зo в кривую со слабо выражен- 160 р 320 2р ными точками экстремумов. Рис. 6. При этом, чем больше, тем слабее выражены экстремальные точки.

Боковые лепестки убывают с возрастанием.

В отсутствие затухания (/2 = 0) выражение (6.44) принимает вид (6.47) F1() = (sin/)(0/sin0) и является вещественной функцией. Следовательно, в отсутствие затухания ДСА будет иметь фазовый центр, расположенный в ее середине, а в ДН ДСА будут существовать четко выраженные нули при = n (n = 1, 2, 3,…).

На рис. 6.18 приведены зависимости F2() для различных значе ний d/. Из этого рисунка видно, что при малых диаметрах стержня (d/ = 0,3…0,5) функция F2() мало меняется с изменением в преде лах от 0 до 90о. Следовательно, при таких d/ множитель F2() может не учитываться. При значительных диаметрах стержня (d/ 2) функ ция F2() резко меняется с изменением. Отсюда следует, что при d/ 2 множитель F2() может оказаться определяющим в ДН ДСА.

Множитель F3() = cos |F (и)| 1 относится только к плоскости d/л=0, Е. Примерно от = 0о до = • = 40…45о он мало меняется.

0, 0, Более быстрое убывание F3() c увеличением угла 1, • начинается после = 45…50о.

0,6 2, Таким образом, наличие множителя F3() в выражении для FE() в формуле (6.43) в o основном влияет на УБЛ ДН, и но мало сказывается на ее -90 -40 0 форме. ДН ДСА малого диа Рис. 6. метра определяются в ос новном функцией F1(), а большого диаметра – произведением функ ций F1() и F2().

Максимальный КНД ДСА находится из условия Хансена Вудъярда [25]: "СБВ имеет максимальный КНД, если на длине систе мы набег фазы волны, распространяющейся в системе, на превы шает набег фазы в свободном пространстве на таком же пути ", т.е.

(6.48) – k =, откуда оптимальный коэффициент укорочения, входящий в выраже ния (6.43) и (6.44), будет (6.49) опт = 1 + /2.

Максимальный КНД при = опт составляет Dm = (7…8)/. (6.50) БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Фрадин А.З. Антенны сверхвысоких частот. – М.: Сов. радио, 1957.

2. Дорохов А.П. Расчет и конструирование антенно-фидерных уст ройств. – Х.: ХГУ, 1960.

3. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенно-фидерные устройства. – М.:

Сов. радио, 1961.

4. Основы теории антенн / И.П. Заикин, А.В. Тоцкий, С.К. Абрамов, В.В. Лукин. – Х.: Нац. аэрокосм. ун-т „Харьк. авиац. ин-т”, 2005.

5. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. – М.;

-Л.: Энергия, 1976.

6. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. – М.: Энергия, 1975.

7. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. – М.: Высш. шк., 1988.

8. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные уст ройства. – М.: Сов. радио, 1974.

9. Заїкін І.П., Тоцький О.В. Антени та пристрої НВЧ: Навч. посібник до курс. проектування. – Х.: ХАІ, 1993. – Ч.1.

10. Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. – М.:

Сов. радио, 1974.

11. Жук М.С, Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирую щих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. – М.:

Энергия, 1973.

12. Кюн Р. Микроволновые антенны. – Л.: Судостроение, 1967.

13. Заїкін І.П., Тоцький О.В. Антени та пристої НВЧ: Навч. посібник до курс. проектування. – Х.: ХАІ, 1994. – Ч.2.

14. Ардабьевский А.И., Воропавева В.Г., Гринева К.И. Пособие по расчету антенн сверхвысоких частот. – М.: Оборонгиз, 1957.

15. Пособие по расчету антенн сверхвысоких частот / Г.П. Веселкова, В.А. Климов, В.Ф. Манойлов, Б.М. Петров. – Таганрог: ТРТИ, 1974.

16. Вавилова И.В., Могильникова К.И. Радиотехнические параметры современных остронаправленных антенн и методы их измерений // Современные проблемы антенно-волноводной техники. – М.:

Наука, 1967.

17. Расчет и проектирование антенн сверхвысоких частот / Я.С. Шифрин, Ю.Г. Гукасов, Л.Г. Корниенко, П.А. Базарнов – Х.:

ВИРТА, 1971.

18. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. – М.: Связь, 1971.

19. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. – М.: Связьиздат, 1957.

20. Сканирующие антенные системы / Под ред. Г.Т. Маркова и А.Ф. Чаплина. – М.: Сов. Радио, 1966. – Т.1.

21. Шубарин Ю.В. Антенны сверхвысоких частот. – Х.: ХГУ, 1960.

22. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по эле ментам волноводной техники. – М.: Сов. радио, 1967.

23. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. – М.: Физ матгиз, 1965.

24. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. – М.: Сов. радио, 1971.

25. Заїкін І.П., Тоцький О.В. Антени та пристрої НВЧ: Навч. посібник до курс. проектування. – Х.: ХАІ, 1997. – Ч.4.

ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Излучение из открытого конца прямоугольного волновода............... 1.1. Основная задача теории антенн.................................................... 1.2. Внутренняя задача для прямоугольного волновода.................... 1.3. Внешняя задача для открытого конца прямоугольного волновода................................................................................................... 2. Рупорные антенны............................................................................... 2.1. Внутренняя задача для Н-плоскостного рупора......................... 2.2. Внешняя задача для Н-плоскостного рупора.............................. 2.3. Е-плоскостной рупор..................................................................... 2.4. Пирамидальный рупор.................................................................. 2.5. Способы уменьшения длины рупора........................................... 3. Линзовые антенны............................................................................... 3.1. Уравнения профилей линз........................................................... 3.2. Металлопластинчатые ускоряющие линзы................................. 3.3. Полоса пропускания металлопластинчатых линз...................... 3.4. Поле в раскрыве и поле излучения ускоряющей линзы............ 3.5. Металлодиэлектрические замедляющие линзы......................... 3.6. Поле в раскрыве и поле излучения замедляющих линз............ 3.7. КПД линзовых антенн................................................................... 4. Зеркальные антенны........................................................................... 4.1. Распределение плотности токов на поверхности ЗА................. 4.2. Апертурный метод расчета поля излучения зеркала................. 4.3. Коэффициент направленного действия, коэффициент использования поверхности, коэффициент полезного действия и коэффициент усиления ЗА...................................................................... 4.4. Облучатели параболоидов вращения......................................... 4.5. Параболический цилиндр и его облучатели............................... 4.6. Реакция зеркала на облучатель и способы ее устранения....... 4.7. Допуски на изготовление ЗА. Парусность................................... 5. Щелевые антенны................................................................................ 5.1. Поле излучения идеальной щелевой антенны........................... 5.2. Входная проводимость и входное сопротивление прямолинейной щелевой антенны......................................................... 5.3. Щели, прорезанные в стенках прямоугольного волновода....... 5.4. Возбуждение прямоугольного воловода щелью......................... 5.5. Возбуждение щели волноводом.................................................. 5.6. Крестообразная щель в широкой стенке волновода.................. 5.7. Многощелевые антенны............................................................... 6. Диэлектрические стержневые антенны.............................................. 6.1. Внутренняя задача для цилиндрического стержня.................... 6.2. Возбуждение диэлектрического стержня несимметричными волнами.................................................................................................... 6.3. Второй принцип эквивалентности................................................ 6.4. Диаграмма направленности ДСА............................................... Библиографический список................................................................... Заикин Иван Павлович Тоцкий Александр Владимирович Абрамов Сергей Клавдиевич Лукин Владимир Васильевич ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНТЕННЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ Редактор А.Н. Емленинова Св. план, Подписано в печать 19.07. Формат 60х48 1/16. Бум. офс. №2. Офс. печ.

Усл. печ. л. 5,9. Уч.–изд. л. 6,68. Т. 150 экз. Заказ 337. Цена свободная Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт»

61070, Харьков–70, ул. Чкалова, http://www.khai.edu Издательский центр «ХАИ»

61070, Харьков–70, ул. Чкалова, izdat@khai.edu

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.