Введение к работе
Актуальность. R современным антеннам практика предъявляет широкий спектр требований. Они должны работать как со сравнительно узкополосными, так и с широкополосными и со сверхширокополосными радиостанциями, обеспечивать в одних случаях сравнительно низкие КБВ порядка 0,3-0,4, в других - средние, в третьих - довольно высокие до 0,8-0,9, и в большинстве случаев иметь минимальные габариты и вес.
Оптимизация антенных устройств по этим параметрам является одной из центральных задач антенной техники. Перечисленные параметры являются взаимозависимыми, и их связь качественно может быть выражена правилом: произведение КБВ на ширину полосы рабочих частот для антенны данного электрического размера не мояет быть больше величины, названной йнсеном пределом Чжу-Харрингтона по именам ученых, сформулировавших критерии потенциальной согласуемости антенн .
Точные расчеты предельных соотношений для КБВ, полосы частот и электрического размера приведены в главе 1. Следует сказать,что близкая формулировка потенциальной согласуемости антенн дана И. И. Больманом .
Умение в достаточно высокой степени реализовать предел Чгу -Харрингтона дает возможность решать три актуальные задачи:
-
Получать минимальные габариты антенны при заданной егірине полосы рабочих частот и уровне согласования. Проблема ія-нимизации габаритов важна как в технике подвижных средств связи (особенно самолетных и ракетных), так и в наземных антеннах KB, СВ и ДВ диапазонов, тем более, что снижение размера в п раз ведет к уменьшению веса в n - п раз.
-
Добиваться максимального уровня согласования при задзк-
ных размере антенн и ширине полосы частот. Это важно при создании антенн для радиопередающих импульсных систем, а также для передатчиков/ выходные каскады которых находятся в предельных энергетических режимах. Повышение уровня согласования наряду с обеспечением сохранности выходного каскада приводит к снижению нелинейных искажений передаваемого сигнала и уровню засорения эфира излучением на комбинационных частотах.
а Создавать характеристики согласования, имеющие при требуемых уровне согласования и размере излучателя максимальную ширину полосы рабочих частот, в том числе и неограниченно широкую в сторону высокой частоты, необходимую для коллективных антенн.
Целью данной диссертационной работы является создание.достаточно простого и технологичного метода инженерной реализации предела Чжу-Харрингтона, позволяющего гибко получать в зависимости от сложности согласующей схемы требуемую конкретным заданием степень предельного индекса согласования, вплоть до вначе-ний, еще целесообразных с конструктивной и технологической точки зрения. В теории широкополосного согласования цепей такими значениями считаются 80-90% от предельных. Сопутствующей целью является разработка дастотнсНіезависимьпСпй ДН вибраторов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие ключевые задачи:
-
Найти способ получения-характеристик согласования, не имеющих ограничения со стороны высоких частот.
-
Научиться формировать характеристики согласования с требуемой шириной полосы рабочих частот.
3. Найти способ формирования дипольной ДН, близкой к Sine,
диапазоне частот с пеоекпдаием ттлпялка 10:1.
Научная новизна диссертации заключается в следующих результатах:
-
Вычисление предела Чжу-Харрингтона для прямоугольных характеристик согласования с произвольным коэффициентом перекрытия.
-
Реоение задачи инженерной реализации предела Чжу-Харри-нгтояа путем применения волноводного подхода к анализу характеристик согласующих элементов, вынесенных на плечи вибратора, вплоть до его апертуры, и применения к апертурному импедансу стандартных приемов широкополосного согласования.
-
Обнарулэзние апериодического характера частотной зависимости апертурного импеданса плоских и круглых конических вибраторов, представляющего собой RC-сопротивление.
Обнаружение апериодического характера проводимостей шунтов и сильной их аналогии с индуктивными диафрагмами в волноводах, обнаружение семейства согласующих неоднородностей в биконичес-ком волноводе с апериодическими импедансами и адмиттансами.
-
Достижение сосуществования умеренной сверхнаправленности со сверхширокополосностыо в однонаправленных шунтовых вибраторах.
-
Применение взятого из теории и техники волноводов метода фильтрации волн к синтезу вибраторов по ДЕ
-
Формулировка нескольких дополняющих друг друга методов синтеза частотно-независимых вибраторов.
-
Расчет известным методом нового объекта: индуктивной диафрагмы в биконическом волноводе.
-
Разработка аналитических методов решения задачи о биконическом вибраторе на основе использования закона сохранения энергии; модифицирование кирхгофовского приближения путем замены полевого разрыва_ разрывом энергетическим.
Достоверность материалов, представленных в работе, подтверждается успешной тридцатилетней эксплуатацией антенн, созданных диссертантом, результатами экспериментов, корректностью расчетных формул, приведенных в первой, третьей и пятой главах. Практическую, ценность диссертации определяют следующие результаты:
-
Создание простого алгоритма синтеза вибраторов с оптимальными характеристиками согласования, базирующегося на хороню отработанных приемах широкополосного .согласования.
-
Построение серии малогабаритных антенн, в том числе сверхширокополосных низкопрофильных с высотой порядка о,075Л»«« (в приложении дан материал по вибратору с h-0,055 Ат.к). Создание предпосылок для дальнейшего уменьшения высоты вибраторов.
Б. Построение вибратора с чаетотногнезависимой ДБ, близкой к Sin 6 в диапазоне волн с перекрытием 10:1. согласованного в этом диапазоне с KCBs=2,5, при высоте h-О.ІЗХмах .
-
Уменьшение изрезанности Ш в азимутальной плоскости, приеущ&й вибраторам с вертикальными шунтами, путем наклона иунтов в Соковом направлении вдоль апертуры.
-
Разработка инженерных аналитических методов расчета ДН, КЦД и входных сопротивлений конических вибраторов.
Основные результаты работы получены диссертантом лично в ходе НИР и ОКР в ЫНИИРСе в 1962-1980 гг. и в ходе исследовательских работ, проводившихся в МГУСИ в 1976-1992 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликованы: параграф в монографии " Коротковолновые антенны" [1], четыре научные статьи С 2- 53, получены два авторских свидетельства [ 6; 7], сделано шесть докладов на конференциях всесоюзного уровня [ 8-131.
Апробация результатов работы.
Работа подробно излагалась и обсуждалась на научно-технических конференциях Министерства связи СССР по антеннам и фидерным трактам в 1973 и 1977 гг., на семинарах кафедры технической электродинамики и антенн МТУСИ, начиная с 1971г., на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МТУСИ, где за 20 лет участия диссертант сделал 19 докладов.
Положения, выносимые на защиту: применение волноводного подхода к анализу и синтезу конических вибраторов с вынесенными в апертуру согласующими элементами в сочетании с применением к апертурному импедансу стандартных приемов широкополосного согласования дает возможность инженерной реализации предела Чяу-Харрингтона;
применение широких шунтов позволяет повышать азимутальную направленность конического вибратора одновременно с широ-кополосносгью вследствие совместного возбуждения волн электрического и магнитного типов низших индексов;
увеличение числа точек питания биконического вибратора в сочетании с подбором геометрии плеч на основе коррекции ДН вибратора множителем решетки изотропных излучателей, размещаемых в точках питания, позволяет получить ДН Sine в диапазоне волн с перекрытием 10:1 при высоте вибратора 1п-0,13Х»"а»и КСВ^2,5.
Объем работа Диссертационная работа состоит из введения , пяти глав, эакдючения и трех приложений.Работа содержит 201 с, 118 с. текста, 83 с. рисунков и фотографий,библиографию из 103 наименований на 10 с.