образом, размер излучающего витка в долях длины волны остается постоянным в полосе частот, а при этом сохраняются и все характеристики излучения. Ток в такой спирали на частотах выше /min имеет вид бегущей волны; это обеспечивает круговую поляризацию поля, а также достаточное постоянство входного сопротивления. Однако широкополосное согласование с кабелем в этой

Рис. 4. Антенны с диаграммами постоянной ширины

а - волноводная антенна эллиптической поляризации с клиновидными вставками; б - рупорная антенна с отверстиями в стенках; в - двухзаходная плоская арифметическая спираль (схема построения): / - синфазное возбуждение (р=2); 2 - противофазное возбуждение (р=!); т - число полуколец; л-номер полуколец

антенне осуществить несколько труднее, чем в логоспиральной, так как она не эквивалентна однородной линии.

Поскольку Я,тт У арифметических спиралей определяется также конфигурацией области возбуждения, то по своей широкополос-ности они близки к логоспиральным антеннам.

Противофазное возбуждение заходов арифметической спирали соответствует режиму осевого излучения (р = 1), синфазное - режиму «всенаправленного» излучения (по числу волн, укладывающихся на излучающем витке, этот режим соответствует р = 2).

Арифметические спирали могут выполняться с числом заходов,

превышающем 2, как двунаправленными (относительно плоскости расположения спирали), так и с однонаправленными диаграммами.

В заключение отметим, что у вибраторов размерами менее Х/2 диаграмма также практически не зависит от частоты; их широкополосность определяется согласованием с кабелем.

5. Ло гоп ер и од и чес ки е антенны [3]

Логарифмически периодические антенны разнообразны по своей конструкции. Однако все они могут быть сведены к продольно-излучающей решетке вибраторов, расстояния между которыми пропорциональны их размерам (рис. 5, а). Если резонансная частота первого элемента равна fi, то для элемента номера n:fn = f/i, т - коэффициент подобия. Благодаря резонансности элементов на каждой из частот ряда fi... /дг будет возбуждаться лишь небольшое число элементов, смежных с резонансным. Очевидно, что характеристики антенны, повторяясь на частотах /i... /лг, изменяются

Рис. 5. Логопериодические аитениы

а - решетка несимметричных стержневых излучателей (/ - вибраторы, возбуждаемые двухпроводной линией; 2 - коаксиальный кабель; S - перемычка; 4 - двухпроводная линия); б - вубцевидные логопериодические антенны (/ - конфигурация структуры; - щелевая антенна одностороннего излучения): 5 - зубцевидная щель; S - металлический акрав; в - зигзагообразная несимметричная антенна (7 - зигзагообразно-согнутая металлическая лента; 8 - диэлектрические опоры; 9 - кабель), е - зигзагообразная симметричная антенна {10 -две зигзагообразные структуры, возбуждаемые двухпроводной линией <; - опорный стержень)

Рис. 6. Решетка радиально расположенных логопериодических излучателей

/ - осевые линии отдельных излучателей; 2 - фазовые центры излучателей на X = Xm;n;5 -Фззовые центры излучателей на Л = Лд,ах; 4 - диаграмма направленности одиночных излучателей

периодически с логарифмом частоты, так как 1п = л 1п т. Если /1

элементы антенны достаточно ши-рокодиапазонны, то во всем частотном диапазоне от до /лг антенна будет иметь удовлетворительные характеристики.

Варианты логопериодических антенн в виде решетки отдельных излучателей конструктивно сложны. Более просты различного рода зубцевидные и зигзагообразные структуры (рис. 5, б и в), в них кабелем возбуждается лишь первый элемент; канализация энергии к последующим элементам осуществляется либо по элементам самой структуры (зигзагообразная структура), либо по центральной части структуры, от которой в стороны отходят зубцы (зубцевидная структура). Недостатками таких антенн являются наличие кросс-поляризации и сравнительно большие искажения диаграммы на частотах, отличных от резонансной.

Логопериодические антенны можно выполнять как поперечно-(рис. 5, б), так и продольно-излучающими (рис. 5, айв). Последний режим предпочтительнее, в особенности для создания однонаправленных диаграмм.

Характеристики антенны зависят главным образом от коэффициента т и в меньшей степени от угла при вершине структуры зубцов. При т 1 диаграмма антенны сужается, поскольку при этом возрастает протяженность интенсивно излучающего участка.

В свободном пространстве логопериодическая антенна может работать в диапазоне частот с перекрытием до 10: 1.

Ширина диаграммы направленности в режиме продольного излучения оптимально составляет, в зависимости от параметров структуры, 40-70° в -плоскости, 70-110° -в Я-плоскости при КСВ < 2,0.

Отметим, что логопериодические антенны имеют линейную поляризацию излучения (вектор Е перпендикулярен оси решетки).

В настоящее время описан ряд конструкций логопериодических антенн с различными характеристиками, пригодных для использования в различных участках диапазона радиоволн. Так, на. сантиметровых волнах логопериодическую структуру обычно выполняют в виде ленточной или щелевой структуры, вырезанной в металлическом листе. На более длинных волнах (вплоть до волн коротковолнового диапазона) применяют проволочные логопериодические антенны.

Помимо одиночных логопериодических антенн, применяют и решетки. Эти решетки обладают важным свойством частотной независимости ширины диаграммы направленности во всем рабочем диапазоне. Действительно, если продольно-излучающие логопериодические излучатели расположить в решетку, но не параллельно, а радиально, то расстояния между соответствующими излучающими элементами в плоскости решетки будут неизменны в долях волны (вследствие перемещения излучающего участка вдоль излучателя - рис. 6). Это значит, что также неизменными будут электрическая длина решетки и ее диаграмма.

6. Симметричное возбуждение широкодиапазонных антенн

Одним из важных вопросов, возникающих при разработке широкодиапазонных антенн, является обеспечение симметричного возбуждения таких антенн, поскольку большинство из них имеет симметричную конструкцию. Известные симметрирующие переходы

Рис. 7. Симметричное возбуждение широкодиапазонных антенн:

а - плавный переход от коаксиальной линии к двухпроводной (/ - двухпроводная линия; 2 - срез-переход); б - коаксиальный кабель, проложенный вдоль металлического экрана (3 - возбуждающий кабель; 4 - холостой кабель; 5 - центральный проводник возбуждающего кабеля)

резонансного типа (/-колено, «стакан» и т. п.) громоздки и недостаточно широкополосны. Поэтому наибольшее распространение здесь нашли симметрирующие переходы нерезонансного типа. Один из них выполняется в виде отрезка коаксиальной линии, внешняя труба которой срезается наискось так, чтобы в конце перехода образовался второй стержневой проводник, а фидер перешел в двухпроводный (рис. 7, а).

Во второй конструкции, применяемой в случае плоских антенн, обычный коаксиальный кабель прокладывается по металлической

пластине антенны от периферии к центру, где внешняя оплетка припаивается к одному проводнику антенны, а центральный проводник- к другому (рис. 7, б). Третий вариант ясен из рис. 5, а, г.

7. Связь размеров антенны с ее широкополосностью

Для бортовых широкодиапазонных антенн актуальна проблема уменьшения габаритов. Диаграммы направленности при этом не должны существенно изменяться, ибо, как известно, она мало зависит от размеров антенны, если они ниже Я/2. Последнее, однако, приводит к возрастанию энергии, запасенной во внешнем поле антенны. Особенно резко возрастает запасенная энергия, если антенны по объему становятся меньше «радиан-сферы», т. е. при kr<\, ибо при этом растут напряженности полей в окружающей антенну области. Рост запасенной энергии сопровождается увеличением добротности антенны, а следовательно, и резонансных ее свойств, что приводит к ухудшению широкополосности антенны по входному сопротивлению.

Действительно, если просто уменьшить размеры антенны ниже резонансных, то входное сопротивление антенны будет иметь значительную реактивную компоненту, компенсация которой возможна лишь в узкой полосе. Если же уменьшить резонансный размер антенны (например, применяя диэлектрическое заполнение), то обострится резонансная кривая Zx, что также приводит к ухудшению широкополосности. Сохранение последней возможно лишь при одновременном снижении КПД за счет введения активных потерь.

ЛИТЕРАТУРА

1. Техника сверхвысоких частот, ч. I, перев. с англ., под ред. Я. Н. Фельда. Изд-во «Советское Радио», 1953.

2. Антенны эллиптической поляризации, перев. с англ. под ред. А. И. Шпунтова. Изд-во ИЛ, 1961.

3. Сверхширскопслосные антенны. Перев. с англ. под ред. Л. С. Бененсона. Изд-во «МИР», 1964.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие.......................... 3

Я. Н. Фельд, Л. С. Бененсон. Современное состояние и проблемы теорип антенн .......................... 5

Е. Г. Зелквн. Разработка проблемы синтеза антенн........23

И. В. Вавилова, К. И. Могильникова. Радиотехнические параметры современных остронаправленных антенн н методы их иэмерений 40

Л. Д. Бахрах. Многозеркальные антенны.............53

А. А. Пистолькорс. Антенны для радиоастрономии........73

Г. А. Евстропов. Поверхностные волны..............92

A. И. Ардабьевский, М. Т. Новосартов. Антенны с э.тектрическим сканированием ..........................но

Б. В. Сестрорецкий. Полупроводниковые коммутаторы для высокочастотных трактов .......................126

B. В. Швшкарева, Б. В. Сестрорецкий. Некоторые новые идеи в технике волноводных трактов..................145

А. К. Столяров. Современная техника ферритовых элементов высокочастотных трактов ........................ 158

C. Г. Руднева. Прсблсма апертурного синтеза антевн, установленных на движущихся объектах ................176

Ю. В. Тыяшов, Г. X. Фридман. Антенны для волн оптического диапазона ............................ 189

Л. С. Бененсон. Слабонаправленные широкодпапазоняые антенны 202