Диэлектрические стержневые антенны

Антенны этого типа широко используются как облучатели зеркальных антенн, а также в составе плоских антенных решеток. Наибольшее распространение получили диэлектрические антенны со стержнем круглого сечения, вставленным в круглый волновод. На частотах менее 3 ГГц круглый волновод обычно возбуждается от коаксиального кабеля (рис.1.5а), на частотах выше 3 ГГц чаще используется волноводное возбуждение с плавным переходом от прямоугольного волновода к круглому (рис.1.5б). Форма диэлектрического стержня может быть цилиндрической или конусной.

Диэлектрическая антенна как антенна бегущей волны имеет максимальный КНД

(1.6)

при оптимальном коэффициенте замедления фазовой скорости волны в стержне

(1.7)

где V _ф – фазовая скорость в стержне;

С – скорость света 3∙ 10⁸ м/с.

Величина замедления зависит от диаметра и материала стержня и может быть определена по графикам рис.1.6

В качестве параметра на графиках рис.1.6 взята относительная диэлектрическая проницаемость материала стержня ε.

Для уменьшения отражения от конца диэлектрической антенны и снижения уровня боковых лепестков обычно применяют диэлектрические стержни конической формы. Для эффективного возбуждения стержня его начальный диаметр выбирают из соотношения:

.

Фазовая скорость волны на конце стержня должна соответствовать фазовой скорости волны в свободном пространстве и в соответствии с графиками на рис.1.6 определятся по формуле:

.

Если диаметр сечения стержня переменный, то можно приблизительно определить необходимые значения длины L и диаметра d, исходя из предположения, что величина ξ определяется средним значением диаметра стержня.

Диаграмма направленности диэлектрической антенны, изображенной на рис.1.5, может быть рассчитана по приближенной формуле:

,

где

- в плоскости ,

- в плоскости .

Угол θ отсчитывается от оси стержня. J₁(x) – функция Бесселя с индексом 1.

Ширину главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности приближенно можно рассчитать по формуле:

.

Для того, чтобы в стержне не возбуждались высшие типы волн, искажающие диаграмму направленности антенны, необходимо выполнить соотношение:

.