Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Диэлектрические антенны
ДА относятся к антеннам бегущей волны с замедленной фазовой скоростью . Они применяются на границе см- и дм- диапазонов волн ( ГГц). Типичная схема ДА:
1-диэлектрический стержень (цилиндрический или конический), материал с малыми диэлектрическими потерями (например, полистирол ε =2, 5, ), 4 –круглый волновод (обеспечивает распространение энергии только в сторону стержня) 2 – возбудитель, 3 – фидер.
Выбор типа волны ДА
Диэлектрический стержень ДА можно рассматривать как отрезок диэлектрического волновода. В нем могут распространяться как симметричные, так и несимметричные волны. Волны симметричного типа не используются в ДА, так как вследствие осевой симметрии они не излучают вдоль оси стержня. Основной волной ДА является волна несимметричного типа . (в отличие от в круглом волноводе касательные к границе диэлектрика отличны от нуля из-за существования поля вне диэлектрического стержня, так как есть Е продольное в , то есть в диэлектрическом волноводе несимметричные волны типа Н и Е).
ЭМП волны в ДА существует не только внутри, но и вне стержня. Если велико, то ЭМП в основном концентрируется внутри стержня и распространяются как в волноводе и фазовая скорость в ДА примерно такая же как в неограниченной среде с ε данного стержня . По мере уменьшения все большая часть энергии переносится вне стержня, усиливается излучение энергии во внешнюю среду, фазовая скорость возрастает и когда , . Диэлектрический стержень можно рассматривать как среду, в которой возбуждаются эквивалентные токи – токи поляризации (вдоль линий Е). Тогда каждый элемент объема стержня рассматривается как элементарный излучатель, в котором течет эквивалентный ток. Поле, созданное всей ДА, равно сумме полей всех элементарных вибраторов. Для наилучшего использования свойств антенны бегущей волны (ДА), необходимо, чтобы отдельные элементы стержня имели излучение в направлении оси ДА, для этого токи должны быть в основном поперечные (перпендикулярные оси Z). С этой целью в волне, возбужденной в диэлектрическом стержне, должна преобладать поперечная составляющая вектора Е (например волна , в которой Е параллельна оси Y). Соответственно изменяется и волновое сопротивление. Погонная емкость диэлектрика больше, чем у воздуха. Следовательно, волновое сопротивление диэлектрика меньше, чем у воздуха. Тогда чем больше , тем большая часть энергии переносится внутри диэлектрика, тем меньше . Такая зависимость определяет целесообразность применения конусообразных стержней в качестве ДА. Возле металлического волновода стержень должен иметь максимальный диаметр. (энергия переносится как в волноводе), а на конце: (излучатель полностью согласован с воздухом) В результате уменьшения d усиливается излучение с его поверхности и уменьшается отражение от конца стержня. Следовательно, в очень тонких стержнях все поле вне его и антенна оказывается слабонаправленная, а в очень толстых стержнях все поле внутри его и имеют место большие потери.
Направленные свойства ДА
ДА относится к классу антенн бегущих волн, поэтому ее ДН: , где (следовательно зависит от d). , где - ДН элементарного излучателя, другой множитель характеризует влияние поперечного размера, его влияние заметно лишь при , при , им можно пренебречь. плоскость Е, - плоскость Н – ДН несколько шире. Для конических стержней этим выражением можно пользоваться в предположении . КНД ДА имеет максимальное значение при , определяемой выражением и равен КНД: а) если , то имеет место увеличение ширины основного лепестка ДН и уменьшение уровня боковых лепестков. б) , основной лепесток сужается, то растут боковые, в) - раздвоение основного лепестка. Если, согласно расчету, длина стержня > 10h, то переходят к варианту многостержневой антенны, в которой все стержни возбуждаются синфазно. Тогда ДН: N – число стержней.
Диапазонность антенны ДН ДА определяется во многом , то есть скоростью распространения волны вдоль диэлектрического стержня, но она мало зависит от длины волны. Поэтому ДА широкополосны и их полоса пропускания ограничивается в основном диапазонными свойствами возбуждающего устройства. Так она может достигать 40-50%.
|