Антенны с круговой поляризацией

⇐ ПредыдущаяСтр 19 из 20Следующая ⇒

Помимо антенн, излучающих и принимающих линейно поляризованные волны, на практике применяются антенны с круговой поляризацией, у которых электрический и магнитный векторы поля при распространении вращаются с частотой, равной несущей.

По аналогии с оптикой антенны, у которых электрический вектор вращается по часовой стрелке, если рассматривать луч идущим на наблюдателя, называются левополяризованными, а антенны с противоположным вращением называются правополяризованными.

Волну, поляризованную по кругу, можно рассматривать как результат наложения двух волн одинаковой амплитуды и частоты, линейно поляризованных в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях и распространяющихся в рассматриваемом направлении со сдвигом фаз в 90°. Поэтому, если взять два взаимно-перпендикулярных вибратора, несущих токи равных амплитуд, но сдвинутых по фазе на 90°, то в направлении, перпендикулярном плоскости этих вибраторов, будут распространяться волны, поляризованные по кругу, как это показано на рис. 75. В других направлениях будет эллиптическая поляризация, а в плоскости вибраторов — линейная, совпадающая с плоскостью вибраторов.

Волны, поляризованные по кругу, можно получить и посредством синфазно питаемых небольшой круглой рамки (кольцевой антенны) с равномерным распределением тока и полуволнового вибратора, размещенного в ее центре, обеспечив при этом определенные соотношения токов в обеих антеннах (рис. 76).

Синфазно питать кольцевую антенну и вибратор с соблюдением требуемых соотношений токов весьма трудно. Однако модель антенны из вибратора и кольца подсказывает конструкцию в виде спирали.

Если спираль будет иметь такие размеры, при которых распределение тока в ней будет равномерным, то при соблюдении условия 2pR = , где R — радиус спирали, d — ее шаг, а l— длина волны, излучение ее в экваториальной плоскости (плоскости, перпендикулярной ее оси) будет поляризованным по кругу.

При практическом осуществлении подобных антенн возникают трудности в получении равномерного распределения тока по спирали. Чтобы избежать их, спираль делают многозаходной из коротких проволочек. На рис. 77 приведены оптимальные размеры такой спиральной антенны, при соблюдении которых антенна обладает тороидальной характеристикой излучения (см. рис 8) с максимумами в направлениях, перпендикулярных ее оси.

Когда окружность спирали становится приблизительно равной длине рабочей волны, то излучение остается поляризованным по эллипсу и имеет максимум в направлении оси спирали.

Действительно, если выбрать радиус спирали таким образом, чтобы в каждый момент времени области положительных и отрицательных зарядов находились в противоположных точках диаметра витка спирали, то с течением времени заряды будут перемещаться вдоль спирали и электрическое поле, перпендикулярное оси спирали, будет вращаться, принимая круговую или близкую к ней поляризацию.

Если шаг спирали 8 (рис.78) выбран так, что излучения от отдельных элементов витков совпадают по фазе в бесконечно далекой точке, лежащей на оси спирали, то максимальное ее излучение будет направлено вдоль оси.

Детальные экспериментальные исследования показывают, что подобные спиральные антенны с осевым излучением обладают хорошими диапазонными свойствами. На рис. 79 приведены экспериментально снятые диаграммы направленности спиральной антенны, имеющей следующие размеры (в обозначениях, данных на рис. 78): D = 0, 31l₀; d = 0, 24l₀; S = 1, 44l₀, где l₀ — средняя волна диапазона. Эта антенна обладает вполне удовлетворительными диаграммами при изменениях рабочей волны в пределах от 0, 75 до 1, 25l₀. Что же касается ее входного сопротивления, то результаты измерений показывают, что коэффициент бегущей волны (КБВ) в 125-омной линии изменяется в пределах от 0, 7 до 0, 97 в полосе частот ±25% от оптимальной.

Приведенные выше размеры спирали не являются очень критичными, поэтому на практике можно встретиться со спиральными антеннами и других размеров. В 1953 г. индийским ученым Чаттерджи были предложены спиральные антенны с переменным диаметром намотки. Такие антенны получили название конических спиралей. Достоинством конических спиральных антенн, является большая диапазонность, чем у цилиндрических спиралей.

Коэффициент усиления спиральных антенн, работающих в режиме осевого излучения, может быть определен по следующей приближенной формуле:

G = 15 (43)

где L — длина одного витка спирали;

d — ее шаг;

п — число витков;

l — длина волны.

При работе спиральной антенны с линейно поляризованной антенной ее коэффициент усиления будет ^{примерно} в два раза меньше, чем это дается формулой (8), так как в ней коэффициент усиления определен по отношению к изотропному излучателю с круговой поляризацией.

Что касается углов раствора главного лепестка и входных сопротивлений антенн, то они могут быть оценены по следующим формулам:

1) угол раствора лепестка между точками половинного значения мощности

F₀ = q₀ = 52^о; (44)

2) ширина диаграммы между первыми нулями

υ ₀= 115^о(45)

3) входное сопротивление

R_А≈ 140 Ом (46)

Для получения более высоких коэффициентов усиления применяют параллельное включение нескольких синфазно питаемых спиралей (рис. 80). Спиральные антенны используются также в качестве элементов возбуждения других типов антенн.

На очень коротких волнах для получения волн с круговой поляризацией вместо спиралей применяют рупоры специальной конструкции, схематическое устройство одного из вариантов которых показано на рис. 81. Этот рупор возбуждается питающим волноводом 1 с основной магнитной волной Н₁₀, но между рупором и волноводом выставлены плавный переход 2, поворачивающий рупор на 45° относительно оси волновода, и фазирующая секция 3. В результате поворота волновода на 45° волна, входящая в фазирующую секцию 3, разлагается на две взаимно-перпендикулярные составляющие.

Для получения круговой поляризации необходимо еще сдвинуть обе составляющие на 90° относительно друг друга. Эту задачу и выполняет фазирующая секция 3, помещенная между плавным переходом 2и рупором 4.

Существует два основных типа фазирующих секций. В первом из них нужный сдвиг фаз обеспечивается за счет разности фазовых скоростей обеих составляющих волн Н₁₀ и Н₀₁, получающейся за счет различия поперечных размеров фазирующей секции, представляющей в этом случае волновод прямоугольного, но не квадратного сечения.

При другом способе в фазирующую секцию вставляется продольная диэлектрическая пластинка 5, которая конструируется так, чтобы она влияла лишь на фазовую скорость одной из волн.

Фазирующие секции второго типа могут быть прямоугольными, квадратными или круглыми.

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 15 16 17 181920 Следующая ⇒