Введение к работе
Актуальность темы. Одно из центральних пест н теории ан-'вин занимает теорйя-вибраторов. Разработка ее имеет большое щачэние, во-первых, потому,~"что~-;влбраторная антенна - широко )аспрострН9Ш1ый тип излучателя, и,во-вторихТ~потоглу,—что-метод расчета сложной антенны может быть построен путем разбиения ее ш более простые элементы.
В тооряи вибраторов выделим четыре класса эдектродшшмя-іесіаїх задач. Первая из них - ото расчет электрических характеристик металлического вибратора сложной формы, например, прово-іочной антенны, состоящей из произвольно расположенных и частич-ю соединенных друг с другом отрезков прямых проводов. Прл мало? даше отрезков такой вибратор переходит в криволинейный.
Вторая задача - расчет систем линейных вибраторов, а таете зляяшя на их характеристики металлических предметов и зоила. Это особенно актуально, если антенны расположены в стесненных условиях, в непосредственной близости от металлических масс различной формы и размеров, например, на подвижных объектах.
Третья задача - расчет вибраторов с распределенными и сосредоточенными нагрузками. Для таких излучателей важно нэ только определить их электрические характеристики, но и решить обратную задачу - например, путем выбора нагрузок получить требуемый уровень согласования и нужную форму диаграммы направленности їли создает, заданное распределение тока.
Четвертая задача - расчет многопроводных вибраторов, в том їисле петлевых, многопетлевых и многовибраторных антенн. Как правило, в таких излучателях используются структуры из параллельных проводов.
Рооенло этих задач необходимо для дальпиіїиего развития шігешюи техники. Лзучоїшо закономерностей влияния спошіфічес-icix условий размещения антенн па объекте на характеристики антена позволяет сделать важные для практики вывод;.
1>->ль несло домтая - разработка методов анализа электрических характеристик указанных излучателей (прямая задача), а также синтез кзлучателеіі с задоншдаи электрическими характеристиками (обратная задача)..
У атот; ;:сследорания., В работе использован метод расчета вибраторов, основанный па решении интегрального уравнения для тока в антенне. Дано последовательное изложение метода, и рассмотрены особенности его применения в различных задачах.
При решении задач синтеза использован метод математического программирования, при расчете многопроводных антенн - теория иесию.ютричнюс линий. При анализе влияния металлических конструкций использован метод, основанный на замене металлических тел системой тонких проводов.
Научная новизна. В работе получены следующие результата.
I. Выведены: -
а) интегральное уравнение для тока в топком металлическом
вибраторе, состоящем из произвольно расположенных отрезков пря
мих проводов, и в криволинейном металлическом вибраторе;
б) интегро-даффэренцаальное уравнение для тока в каждом из
двух'близко расположенных вибраторов, аналогичное уравнению
Леонтовича-ДоЕнна. Предложен видоизмененный метод его решения;
в) интегро-диффоренциалъиое уравнение для тока в тонкой
вибраторе с постоянным по длино поверхностным импедансом. Урав
нение решено методом возмущений во втором по X приближении;
г) кнтегро-глСфорэнтаально'э уракноіїде для тока в тонн о; і
вибраторе с поремзшшм (кусочно-постоянным) поверхностный импе
дансом. Найден закон распределения тока, и получена интеграль
ная формула для входною сопротивления антонни;
д) пнтогро-дакй'вР'ЗНциально'Г уравнеш":е__для тока в тонкой
вибраторе с соередоточеннк.п нагрузками. Найден закон распреде-
лення тока вдоль вибратора, и получена интегральная формула
для его ВХОДНОГО СОПРОПЇПЛЄШЯ.
2. На основе теоремы о колейтаїгайся мощности выведена вторая формулировка метода наводимых ЭДС. Показано, что лнтограть-ная формула для входного еспротиачекня антенны, полученная о помощью видоизмененного метода решения уравнения Леонтовича-Левнна, полностью совпадает со второй формуляров, метода наводимых ЭДС (а при отсутствии потерь в среде и в проводах антенны - и с первой формулировкой).
Метод наводимых ЭДС обобщен на случай вибраторов с постоянным и поремонтам поверхностным импедансом, с сосредоточенными нагрузками, а такав на случай вибраторов, состояние из нескольких проводов и нескольких участков, на границах которых производная тока терпит разрыв.
3. Найден закон изменения постоянной распространения волны здоль линейног.о вибратора с сосредоточенными нагрузкам, обеспэ-шваюший синфазное распределение тока вдоль антенны, при кото-)ом имеют место хорошее согласование с кабелем и излучение в їлоскостд, перпендикулярной оси вибратора. Показано, что для іеализации этого закона в широком диапазоне частот в качестве агрузок нужно использовать емкости или отрицательные индуктнв-ости (частотно-завиекмыо емкости).
- 6 ~
Методом математического программирования решена задачавы-dopa емкостных нагрузок, обеспечивающие в заданном частотном диапазоне высокий уровень согласовашш и требуемую форму диаграммы направленности. Показано, что этот метод можно прямо нить для выбора нагрузок, обеспечпвахклх заданное распределение тока вдоль вибратора.
4. Описаны:
универсальная программа расчета проволочных антенн слояной <±орми с сосредоточенными нагрузкеш, основанная на интегральном уравнении для тока вдоль провода, методе моментов и системе кусочно-синусоидальных базисных'функций,
программа синтеза антенн с сосредоточенными нагрузками, основанная на метода математического программирования,
метод анализа влияния металлических-конструкций на характери стикв антенн, основанный на замене металлических тел системой тонких проводов.
С помощью этого метода и универсальной программы вычислены электрические характеристики штыревых антенн, установленных на стойках и реях, а также проанализировано влияние металлических надстроек (с учетом их формы и высоты) на характеристшш близко расдолоамшых антенн и антенных решеток. Даны рекомендации по выбору числа проводов в эквивалентной системе. Показано, что использование сосредоточенных нагрузок позволяет умєньїяіть влияние металлической надстройки на диаграмму направленности антенны.
С помощью программы синтеза выбрани оптимальные емкостные нагрузки для антенн разных диапазонов, и определены максимально досишшые характеристики емкостных антенн.
5. Теория ішсишєтричшїх линий применена к расчету цаспі-.-
деления тока в многопроводпых вибраторах. Разработаны методы расчета^электрических характеристик:
петлевого^вибратора с постоянным поверхкостним импедансом (как замкнутого, таки-разомкнутого-на конце),
многопетлевого вибратора, выполненного j« параллельных металлических проводов, замкнутых попарно с обоі!х концов,
вибратора с меандрической нагрузкой (выполненной в гиде многопетлевой структуры),
многовибраторной антенны, состоящий из центрального вибратора' с комплексным нагрузочным сопротивлением и бокових вибраторов одинаковой длины, расположенных вокруг центрального по образующим цилиндра.
-
Предложена антенна - объемный излучатель, построенной по принципу самодополнительности н выполненный в виде треугольного металлического вибратора, подвеиенного на двух заземленных опорах и расположенного под острым углом к плоскости земли, что позволяет увеличить КПД антенны и расширять диапазон в сторону низких частот.
-
С помошью теоремы о колеблющейся мощности получено выражение для сопротивления потерь вертикального несимметричного вибратора в земле. Вычислено сопротивлешіе потерь в земле для линейного металлического вибратора с приподнятой точкой питания, линейного вибратора с постоянным поверхностным импедансом и петлевого вибратора.
-
Уточнены методы измерения отдельных характеристик антенн, в частности, рассмотрено влияниэ диаграммы направленности вспомогательной антошш, наводок в кабеле и смешения исследуемой
антенны из центра стенда на результаты измерений диаграммы направленности , и даны рекомендации по методике измерений.
Обоснованность и достоверность полученных з работе результатов является следствием строгости уравнений, адекватного математического аппарата, согласия расчетных; и экспериментальных результатов.
Практическая ценность. Результати работы использованы для решения практических задач, выполнения расчетов и выдачи конкретике рекомендаций. В работе описаїш разработанные при участии автора
судовая антенна-мачта с индуктпвпо-ег.псостной нагрузкой,
судовая антенна верхнего питания с нагрузкой в виде, двух
) проволочных цилиндров,
объемный излучатель, основашшд на принципе самодонслпи-тельности, и антенна с меандрической нагрузкой - для берегового радиоцентра,
раздвижная і.шогопроводная и два варианта имподансных антенн, построенные на базе телескопического стержня,
перестраиваемая антенна с сосредоточенными емкостными натру ЗКЕГ.И,
многовибраторная антенна с конденсаторами,
совмещенная антенна с конденсаторами в высокочастотном излучателе и катушками индуктивности в низкочастотном излучателе,
многопетлевая антенна в надувном баллоне,
равномерная линейная решетка и решетка из произвольно расположенных широкодиапазонннх излучателей.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на всесоюзных научно-технических конс[<>тсшшях в Москве, Сяшст-По-
тербурго, Харькове и Наяном Новгороде (12 сообщений), областных конференциях в Санкт-Петербурге (23 сообщения) и респубдикан-скіїх семинарахв Севастополе (8 сообщений).
Публика ил и. По'~матРиалам диссертации опубликованы 112 научных работ, в том числе дкмйботы.з^Трудах международных симпозиумов по электромагнитной совместимости во Вроцлаве (Польша), 17 статей во Всесоюзных журналах "Радиотехника и электроника", "Радиотехника", "Радиотехника" (Харьков) и сб. "Антенны", 35 статей в отраслевых изданиях "Судостроение", "Вопросы судостроения", "Судостроительная прсмыслопность", "Труды ЦКЕЕ.К5" и пр. Кроме того, работы автора опубликоваїш в сборникахтнаучно-технических конференций. Получено 30 авторских свидетельств на изобретения.
На зашиту выносятся следующие основные результаты.
-
.Вывод интегральных и интегро-димзеренциалышх уравнений для тока в металлическом вибраторе сложной формы (кусочно-линейном и криволинейном), в вибраторе с поверхностным импедансом (постоянным и кусочно-постоянным по длине), в вибраторе с сосредоточенными нагрузкам, а также в каждом из двух и более близкорасположенных вибраторов.
-
Видоизмененный метод решения интегро-дифференциального уравнения Леонтовича-Левина, позволяющий получить интегральные формулы для входного сопротивления указанных вибраторов.
-
Применение к излучателю теоремы о колеблющейся мощности и вывод на ее основе второй формулировки метода наводимых ЭДС.
-
Обобщение метода наводимых ЭДС на случай вибраторов о поверхностным импедансом (постоянным и кусочно-постоянным), с сосредоточенными нагрузками, а также вибраторов из нескольких проводов и нескольких участков (с разрывом производной полного
тока на границах участков).
-
Репение задачи создания синфазного распределения тока вдоль вибратора с сосро,:'>?оченнимй нагрузками, при котором обеї печиЕаютс,вксокий уровень согласования и излучение в плоскости, перпендикулярной оси вибратора. Вывод закона, определяющего характер изменения постоянной распространения волны вдоль вибраті Da в зависимости от амплитудного распределения тока.
-
Выбор типа нагрузок, реализующих синфазное распределен! тока в сироко:.! діапазоне частот (резистивно-емкостные, оыкостш с частотно-зависимм.іи емкостям). Расчет величин нагрузок для создания заданного амплитудного распределения тока.
-
Применение метода математического програмдировашш к решению задачи внбора емкостных нагрузок с целью, создаїшя вибратора, обєспечивзісшего в заданном диапазоне частот высокие электрические характеристики или требуемое распределение тока. Определение максимально допустимых характеристик излучателя с емкостными нагрузками.
-
Применение метода, основанного на замене металлических тел системой тонких проводов, для анализа влияния близко расположенных конструкций на свойства излучателя. Расчет электрических характеристик линейігах излучателей, установленных на стойка и реях (с учетом мачты).
-
Анализ влияния метачлических надстроек па даагра.мми направленности и другие характеристики антенн и антенних решеток. Использование антенн с сосредоточешшш нагрузкаж для уменьшения отого влияния.
10. Применение теории неси,»ялотр;гппк линии к расчету расп-
ределешія тока и электрических характеристик многопроподішх
излучателей (потлового вибратора с поверхностным импедансом, многопотлевого вибратора, антенны с меандрической нагрузкой, многов::брат-орнои антенны с нагрузочным сопротивлением).
11. ПріїМ9нение"їоорекн о колеблющейся мощности к решения
задачи расчета сопротивления потерь вибратора в земле. Рзсчот
сопротивления потерь в земле для линейных вибраторов с приподня
той точкол питания и поверхностным импедансом, а такке петлевого
вибратора.
12. Уточнение методик измерения диаграмм направленности
антенн.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и списка литературы, 3 конце каждой глави приведены основные результаты. Объем работы - 341 страница, в той числе 125 рисунков, 20 таблиц.
