Глава.1.Указания к расчету рупорных антенн с вращающейся поляризацией.

Глава.1.Указания к расчету рупорных антенн с вращающейся поляризацией.

Введение

В радиолокации и радиопеленгации нашли широкое применение антенны с вращающейся поляризацией. Такие антенны могут принимать сигналы с любой поляризацией (линейной или круговой) при соответствующем направлении вращения электромагнитного поля и применяются в радиолокационных станциях (самолетных, наземных и радионавигационных). Антенны с вращающейся поляризацией осуществляют работу радиолокационной станции в любых метеорологических условиях. Объясняется это тем, что действие скоплений дождя, влаги, снега приводит к поглощению части излучаемой радиолокационной станцией энергии и к появлению вторичного излучения, которое может привести к ложному пеленгу или подавлению сигнала цели помехой. Использование антенн с круговой поляризацией для приема и передачи облегчает обнаружение цели в любых метеорологических условиях. Излучаемые антенной волны, поляризованные по кругу в направлении вращения часовой стрелки (правосторонние), при отражении от дождевых капель, имеющих обычно сферическую форму, превращаются в волны, поляризованные также по кругу, но уже против часовой стрелки (левосторонние). Эти волны слабо воздействуют на антенну, предназначенную только для приема правосторонних волн.

Для излучения и приема поля с вращающейся поляризацией используют различные типы антенн: спиральные, турникетные, зеркальные параболические (при соответствующем выборе облучателя), рупорные (при включении в их систему фазирующей секции) и другие.

В настоящем пособии рассматривается расчет фазирующих секций, применяемых в рупорных антеннах с вращающейся поляризацией. Возможная схема такой антенны представлена на рис.1. Она состоит из рупора 1, фазирующей секции 2, где создается волна с вращающейся поляризацией, переходной секции 3, обеспечивающей плавный переход от размеров возбуждающей фидерной линии 4 к размерам фазирующей секции.

Рис.1.Схема рупорной антенны с фазирующей секцией в виде диэлектрической пластинки: 1-рупор, 2-фазирующая секция, 3-переходная секция, 4-возбуждающая фидерная линия.

В качестве фазирующих секций могут применяться:

1) прямоугольный волновод, поперечное сечение которого повернуто на угол 45° к сечению возбуждающего волновода;

2)Квадратный волновод с вставленной диэлектрической пластинкой;

3)Прямоугольный или круглый волноводы со вставленными штырями;

4)Круглый волновод с введенной металлической пластинкой и другие устройства.

Некоторые сведения о вращающейся поляризации.

Поле с круговой поляризацией может быть создано антенной, излучающей одновременно два линейно-поляризованных поля равной интенсивности, у которых векторы электрического поля взаимно перпендикулярны и сдвинуты по фазе один относительно другого на угол 90°. При эллиптической поляризации амплитуды взаимно перпендикулярных составляющих электрического вектора не равны, а их фазы сдвинуты на произвольный угол b, отличный от 90°.

Предположим, что - горизонтальная составляющая электрического вектора, а - вертикальная составляющая. Результирующее поле в произвольной точке пространства получается как векторная сумма этих составляющих. Положение конца результирующего вектора в данный момент времени определяется выражением:

Если при помощи выражения исключить время из уравнения (), то, получится уравнение кривой, по которой перемещается конец суммарного вектора:

Преобразуя и возводя в квадрат уравнение (), получим:

Уравнение () является уравнением эллипса с центром в начале координат. Поле, выражаемое этим уравнением называется эллиптически поляризованным. При b= 90° и уравнение () переходит в уравнение окружности с центром в начале координат и радиусом .

Антенны с вращающейся поляризацией характеризуются коэффициентом эллиптичности, который представляет в общем случае отношение полуосей эллипса поляризации. Если оси координат x и y расположить, как показано на рис.2 и считать что составляющие электрического поля и не равны и сдвинуты по фазе на угол b, то эллипс поляризации будет наклонен по отношению к оси координат x на некоторый угол θ.

Рис.2.Расположение осей координат x и y относительно фазирующей секции.

Квадрат коэффициента эллиптичности может быть рассчитан по формуле:

Если , при любом сдвиге фаз между векторами и угол θ=45°, то из выражения (), коэффициент эллиптичности откуда . Для круговой поляризации коэффициент эллиптичности .

Расчет фазирующей секции в виде прямоугольного волновода, поперечное сечение которого повернуто на угол 45° к сечению возбуждающего волновода

Секции такого вида применяются в антеннах с вращающейся поляризацией, работающих в сантиметровом диапазоне волн, где фидерная система осуществляется в виде стандартного прямоугольного волновода. Сечение волновода, в котором распространяется волна Н₁₀ повернуто относительно сечения фазирующей секции на угол 45°. Между возбуждающим и фазирующим волноводами включается плавный переход для согласования их размеров и уменьшения отражений. Поле волны, возбуждаемое в фазирующей секции под углом 45° к стенкам волновода, может быть разложено на два взаимно перпендикулярных поля волн Н₁₀ и Н₀₁, что обеспечивает сдвиг составляющих этих полей в пространстве на угол 90°. необходимый для получения круговой поляризации набег фазы, равный 90°, осуществляется на длине отрезка прямоугольного волновода за счет разности фазовых скоростей волн Н₁₀ и Н₀₁, определяемой неравенством размеров широкой и узкой стенок фазирующего волновода.

Длина волны Н₁₀ в волноводе:

Набег фазы вектора Е волны Н₁₀ на единицу длины:

Подставляя формулу () в выражение (), получим

где а - размер широкой стенки волновода, перпендикулярной к электрическому вектору волны Н₁₀;

λ - длина волны в свободном пространстве.

Для волны Н₀₁ расчет набега фазы вектора Е на единицу длины может быть сделан по формуле (), но вместо а подставляется размер узкой стенки волновода b. Если разность набега фазы волн Н₁₀ и Н₀₁ для получения круговой поляризации составляет 90°, можно определить необходимую длину фазирующей секции l:

Размеры широкой и узкой стенок фазирующей секции выбираются из условия прохождения волн Н₁₀ и Н₀₁ и не прохождения волн высших типов.

При конструировании фазирующей секции в виде прямоугольного волновода обычно используются стандартные прямоугольные волноводы, в которых составляющие полей волн Н₁₀ и Н₀₁ из-за отличия размеров a и b не равны, поэтому не обеспечивается условие для получения круговой поляризации.

Дата добавления: 2015-08-29