Особенности антенн бегущей волны

Антенны бегущей волны представляют собой антенны, токи которых, формирующие поле излучения, могут быть представлены одной или несколькими бегущими волнами, распространяющимися вдоль какой-либо направляющей структуры. Последние по длине составляют обычно несколько длин волн. Антенны бегущей волны относятся к продольным излучателям, обеспечивающим излучение вдоль оси структуры или в направлении, близком к ней.

Представителями антенн бегущей волны являются антенны с замедленной фазовой скоростью. Расчет излучения этих антенн основывается на характеристиках бегущих волн с замедленной фазовой скоростью
, направляемых замедляющей структурой. Антенны такого вида различают, в основном, по замедляющей структуре. Существует большое разнообразие замедляющих структур, которые могут поддерживать либо волны E, либо волны Н, либо те и другие, отличающихся конструктивным выполнением и формой поверхности. Антенны с плоскими и цилиндрическими непрерывными замедляющими структурами называют антеннами поверхностных волн.

Примерами антенн с замедленной фазовой скоростью являются диэлектрические стержневые антенны, спиральные антенны, антенны «волновой канал», различные виды антенн поверхностных волн и т. д. Они находят применение, как в качестве самостоятельных антенн, так и в качестве элементов антенных решеток.

Распространение бегущей волны вдоль замедляющей структуры предполагает ее достаточную электрическую длину. Это условие наиболее просто выполняется в диапазоне сверхвысоких частот. Поэтому
 антенны бегущей волны с замедленной фазовой скоростью, как правило,

 

 

используются в дециметровом и сантиметровом диапазонах волн.

Отличительным признаком волны с () является убывание амплитуды поля волны при удалении от замедляющей структуры по экспоненциальному закону, причем скорость убывания тем быстрее, чем больше замедление волны. Поэтому характерной особенностью антенн поверхностных волн являются их малые поперечные размеры, и они удобны при использовании в качестве не выступающих или мало выступающих антенн, устанавливаемых на объектах с малым аэродинамическим сопротивлением.

Ширина диаграммы направленности рассматриваемых антенн прямо пропорциональна корню квадратному из отношения рабочей длины волны к длине замедляющей структуры, т. е. зависит от этого отношения значительно слабее, чем в антеннах с поперечным излучением.

Приводимый ниже расчет антенн бегущей волны с замедленной фазовой скоростью основан на следующих предположениях:

1) распределение поля бегущей волны (), распространяющейся вдоль замедляющей структуры антенны, совпадает с полем бегущей волны над регулярной структурой с тем же замедлением;

2) отражение бегущей волны от конца замедляющей структуры пренебрежимо мало;

3) излучение возбудителя антенны достаточно мало и им можно пренебречь.

Эти предположения упрощают картину явлений, происходящих в антеннах бегущей волны, и позволяют определить распределение тока (поля) антенны по ее длине. В действительности отражения, возникающие при распространении бегущей волны вдоль замедляющей структуры конечной длины, и излучение возбудителя бегущей волны искажают это распределение. Однако эти искажения при правильном выборе размеров антенны невелики и ими можно пренебречь.

Приведенные предположения позволяют рассчитать диаграмму направленности антенны бегущей волны как диаграмму направленности антенны с непрерывным или дискретным распределением элементарных излучателей по длине антенны в зависимости от вида замедляющей

структуры. Бегущая волна в этом случае выполняет роль линии питания элементарных излучателей.

В отдельных случаях при достаточно большой длине антенны ее излучение можно представить так же, как излучение эквивалентного раскрыва на конце антенны, образованного распределением поля волны с
() над регулярной замедляющей структурой в плоскости ее поперечного сечения.

Оба представления излучения антенны носят приближенный характер. Однако первое из них получило наибольшее распространение при инженерном расчете антенн с замедленной фазовой скоростью.