FəSİl antena qəFƏSLƏRİ

FƏSİL 2. ANTENA QƏFƏSLƏRİ
Bəzi hallarda antenanın dar istiqamətlənmə diaqramına və böyük istiqamətlənmiş təsir əmsalına (İTƏ) malik olması, yəni onun şüalandırılan elektromaqnit dalğalarını ensiz dəstə daxilinə cəmləməsi tələb olunur. Bu problemi həll etmək üçün zəif istiqamətlənmiş şüalandırıcılar sistemindən istifadə olunur. Müəyyən qayda üzrə yerləşdirilən şüalandırıcılar elə oyadılır ki, lazım olan istiqamətdə onların yaratdıqları sahələr sinfaz, digər istiqamətlərdə isə kəskin qeyri-sinfaz olur. Bu halda sahə gərginliyinin tələb olunan istiqamətdə artması onun digər istiqamətlərdə azalması hesabına baş verir. Aydındır ki, ensiz istiqamətlənmə diaqramının alınmasının bu üsulu antenanın qabarit ölçülərinin artırılmasını tələb edir.

Belə şüalandırıcılar sistemindən biri antena qəfəsidir. Bir-birindən müəyyən məsafədə yerləşdirilmiş və fəzada eyni cür oriyentirlənmiş identik şüalandırıcılar sisteminə antena qəfəsi (AQ) deyilir.

Konstruksiyasından asılı olaraq AQ-nin aşağıdakı növlərini fərqləndirirlər: xətti (düzxətli, qövsvarı, dairəvi), səthi (yastı, silindrik, sferik, konusvari) və həcmi qəfəslər.

Yastı və düzxətli qəfəslər daha geniş tətbiq olunurlar. Düzxətli AQ, həmçinin səthi və ya həcmi qəfəslərin tərkib hissələri olur.

Düzxətli qəfəs dedikdə faza mərkəzləri bir düz xətt üzərində yerləşən identik şüalandırıcılar sistemi nəzərdə tutulur. Həmin düz xətt qəfəsin oxu adlandırılır (şək.2.1).

Qonşu şüalandırıcıların faza mərkəzləri arasındakı nisbi məsafə qəfəsin addımı adlandırılır.
2.1. Köndələn (eninə) şüalandırmalı xətti və yastı ekvidistant AQ-nin istiqamətlənmə xassələri.
Fərz edək ki, AQ-nin şüalandırıcısı simmetrik vibratordur (SV). Əgər AQ-nin bütün elementlərində cərəyanların amplitudlarının bərabər olduğunu və hər bir sonrakı şüalandırıcıda cərəyanın fazasının əvvəlki vibratordakı cərəyanın fazasına nəzərən qədər geri qaldığını, yəni fazanın şüalandırıcılar sistemi boyunca xətti qanunla dəyişdiyini qəbul etsək, bərabər ölçülü (bərabər amplitudlu xətti-fazalı) düzxətli qəfəs alarıq.

Hər bir şüalandırıcının uzaq zonada yerləşən müşahidə nöqtəsində yaratdığı sahə gərginliyini birinci vibratorun həmin nöqtədə yaratdığı sahə gərginliyi ilə ifadə edək. Həmçinin qəbul edək ki, bütün şüalandırıcılardan müşahidə nöqtəsinə istiqamətlər paralel hesab oluna bilər və şərti ödənir. Onda

, …, ,

burada - qəfəsin oxuna perpendikulyar ilə müşahidə nöqtəsinə istiqamət arasındakı bucaq; - qonşu şüalandırıcıların sahələri arasındakı fəza faza sürüşməsidir.

Birinci şüalandırıcının sahə gərginliyi

. (2.1.1)

Qəfəsin bütün şüalandırıcılarının müşahidə nöqtəsində yaratdığı sahə gərginliyi

(2.1.2)

və ya

.

Əgər vibratorlardakı cərəyanlar fərqlənərsə, alarıq

.

Sonuncu tənlikdə kvadrat mötərizə daxilindəki ifadə birinci həddi vahid, vuruğu olan həndəsi silsilədir.

Beləliklə,

.

Surətdə vuruğunu, məxrəcdə isə vuruğunu mötərizədən kənara çıxarsaq və kimi işarə etsək alarıq:

.

Eyler düsturunu tətbiq etsək və bu düsturda (2.1.1) ifadəsini nəzərə alsaq taparıq:

(2.1.3)

və ya

,
burada ; - SV-n istiqamətlənmə xarakteristikası; -sistem vuruğu, yəni real şüalandırıcılar kimi yerləşdirilmiş və oyadılmış istiqamətlənməmiş şüalandırıcıdan ibarət xətti sistemin istiqamətlənmə xarakteristikası; -sistemin faza istiqamətlənmə xarakteristikasıdır.

ifadəsi sistemin (qəfəsin) kompleks istiqamətlənmə xarakteristikası adını daşıyır.

Sahə gərginliyinin fazasının bucağından asılı olması hesabat başlanğıcının (vibratorun mərkəzinin) seçilməsi ilə izah olunur. Əgər fazanın hesabat başlanğıcı kimi antenanın həndəsi mərkəzi seçilərsə, onda sabitə çevrilər və (2.1.3) ifadəsində vuruğu atıla bilər. Bu göstərir ki, baxılan antena sferik cəbhəli dalğa şüalandırır və onun faza mərkəzi həndəsi ilə üst-üstə düşür.

Uyğun olaraq,

.

Bu düstur İD-in vurulma qaydasını formalaşdırmağa imkan verir: fəzada eyni cür oriyentirlənmiş eyni növlü şüalandırıcılar sisteminin İD bir elementin istiqamətlənmə xarakteristikasının sistem vuruğuna hasili kimi tapılır.

Sistem vuruğu dövrü funksiya olduğuna görə bucaq dəyişməsi zamanı bu vuruq sıfıra çevrilə bilər, sonra artaraq maksimal qiymətə çatır, daha sonra azalaraq yenidən sıfıra çevrilir və s. Ona görə də qəfəsin istiqamətlənmə diaqramının çox ləçəkli xarakterə malik olduğunu təsdiqləmək mümkündür.

Əsas ləçəyin maksimumunun oriyentasiyasından asılı olaraq köndələn (eninə), meylli və ox boyunca şüalanma rejimlərini fərqləndirirlər.

İstiqamətlənmə xarakteristikasının ifadəsindən görünür ki, bərabər ölçülü xətti və bərabər ölçülü sinfaz qəfəslərin sistem vuruqları identik olub yalnız sinusların arqumentləri ilə fərqlənirlər. Ona görə də bu qəfəslərin istiqamətlənmə diaqramlarının xarakteri eynidir. Lakin bərabər ölçülü xətti qəfəs halında sistem vuruğu maksimal olub

(2.1.4)

şərti ödəndikdə -ə bərabər olur. Bu halda antenanın bütün elementlərinin müşahidə nöqtəsində ( bucağı ilə xarakterizə olunur) yaratdıqları sahələrin fazaları eyni olur, belə ki oyadılmanın qeyri-sinfazlığı nəticəsində yaranan faza sürüşməsi fəza faza sürüşməsi ilə kompensasiya olunur.

(2.1.4) şərtindən alırıq

, (2.1.5)

yəni, oyadıcı sahənin fazasının xətti qanun ilə dəyişməsi maksimal şüalanma istiqamətinin dəyişməsinə gətirir. Bu istiqamət qəfəsin oxuna perpendikulyara nəzərən bucağı ilə müəyyən olunan meylə malik olur.

Şüalanmanın və faza sürüşmələrinin bir-birini kompensasiya etdiyi istiqamətdə maksimal olduğuna görə, İD oyadıcı cərəyanın fazasının geri qaldığı tərəfə dönür.

Oyadıcı cərəyanın faza sürüşməsinin dəyişməsi yolu ilə İD-nin idarə olunması geniş tətbiq olunur.

Bərabər ölçülü xətti qəfəsin İD-n enini təyin edək. Fərz edək ki, kiçik intervalda dəyişir. Ona görə də yalnız sistem vuruğuna baxırıq.

Şəkildən göründüyü kimi . Uyğun olaraq bərabər ölçülü xətti qəfəsin normalaşdırılmış istiqamətlənmə xarakteristikası aşağıdakı kimi təyin olunacaq:

.

Əgər və istiqamətlənmə diaqramının kifayət qədər dar olduğunu qəbul etsək , olar və:

.

(2.1.4) sərtinə əsasən sonuncu ifadə aşağıdakı formaya gətirilir:

.

Əgər olarsa sıfıra çevrilər. Buradan

.

Uyğun olaraq dar İD-n eni aşağıdakı kimi təyin olunacaq:

. (2.1.6)

Sonuncu ifadədən görünür ki, maksimal şüalanma istiqamətinin perpendikulyardan qəfəsin oxuna tərəf meylinin artması İD-nin eninin artması ilə müşayiət olunur.

Baxdığımız antena qəfəsləri ya öz oxlarına normal istiqamətdə ( - sinfaz qəfəs), yada ki, normala (2.1.5) ifadəsi ilə təyin olunan bucaq altında (bərabər ölçülü xətti qəfəs) maksimal intensivliklə şüalandırırlar.

Eninə şüalanmalı qəfəslərin ox boyunca şüalanması ( oxu) sıfıra bərabərdir, belə ki, qəfəsin elementləri bu istiqamətdə şüalandırmır.

Qəbul edək ki, sıra simmetrik vibrator verilmişdir. Hər bir sıranın simmetrik vibratordan ibarət olduğunu qəbul edək (şək.2.1.2). Qonşu vibratorlar arasındakı məsafəni və qonşu sıralar arasındakı məsafəni kimi göstərək. Belə sistem yastı vibratorlar qəfəsi adlanır. Ümumi halda belə qəfəs fəzada eyni cür oriyentirlənmiş istənilən identik şüalandırıcılardan ibarət ola bilər.

Əgər yastı xətti ekvidistant antena qəfəsinin bütün vibratorları eyni amplitudalı cərəyan ilə qidalanırsa və hər bir sonrakı vibratorda cərəyan əvvəlkindən qədər geri qalırsa, həmin qəfəsin müşahidə nöqtəsində yaratdığı sahə gərginliyinin qiyməti aşağıdakı düsturdan tapılır

. (2.1.7)

Eyni amplituda və fazaya malik cərəyanlar ilə qidalanan vibratorlardan ibarət antena qəfəsləri (bərabər ölçülü sinfaz qəfəs) geniş tətbiq olunurlar. Belə qəfəsin istiqamətlənmə xarakteristikası üçün düsturu (2.1.7) ifadəsində qoymaqla almaq mümkündür:

.

Antenanın yaratdığı sahə gərginliyi istiqamətində, yəni antenanın ekvatorial müstəvisində maksimal olur (əsas maksimum).

2.2. Ox boyunca şüalandıran AQ-n istiqamətlənmə xassələri.

Qaçan dalğa antenası (QDA)
Oxları paralel olan və hər biri qəfəsin oxu istiqamətində maksimal şüalanma intensivliyinə malik vibratorlardan ibarət bərabər ölçülü xətti qəfəsin (şək.2.2.1) işini öyrənək. Burada qonşu vibratorları qidalandıran cərəyanlar arasındakı fazalar fərqini uyğun faza çeviriciləri vasitəsi ilə almaq mümkündür. Lakin bu zaman antenanın qidalanma sxemi çox mürəkkəb alınır.

Ona görə də antenanın elementlərini birinci vibratordan onun sonuna tərəf müəyyən faza sürəti ilə yayılan qaçan elektromaqnit dalğası ilə oyatmaq daha sadə olur. Bu halda

,

burada - faza əmsalıdır.

Uyğun olaraq, əgər vibratorlardakı cərəyanların amplitudaları bərabər olarsa, alarıq:

; ;

.

Sonuncu vibratorun daha gec oyadıldığını və müşahidə nöqtəsinə daha yaxın olduğu üçün, qonşu vibratorların müşahidə nöqtəsində yaratdıqları sahələr arasındakı faza sürüşməsi aşağıdakı kimi tapılar (birinci vibratorun fazası sıfır qəbul edilir):

. (2.2.1)

Birinci və - ci vibratorların sahələri arasındakı faza sürüşməsi:

. (2.2.2)

Beləliklə meridional müstəvidə ( müstəvisi):

.

Əgər nəzərə alsaq ki, ekvatorial müstəvidə (maqnit vektorunun müstəvisi) antenanın elementləri istiqamətlənmə xassələrinə malik deyillər (), onda bu müstəvidə sahə gərginliyi üçün düstur aşağıdakı kimi olacaq:

.

Göründüyü kimi, istiqamətlənmə xarakteristikası müstəvisində yalnız sistem vuruğu ilə təyin olunur. müstəvisində istiqamətlənmə xarakteristikası, həmçinin qəfəsin bir elementinin istiqamətlənmə xassələrindən asılı olsa da, əsasən sistem vuruğu ilə müəyyən olunur. Ona görə də, sonralar QDA-nın istiqamətlənmə xassələri öyrənilən zaman yalnız bu vuruq tədqiq olunacaq.

və kəmiyyətlərinin nisbətindən asılı olaraq üç iş rejimini fərqləndirirlər: 1.– azad fəza dalğası; 2.– cəld dalğa; 3. –yavaş dalğa.
Birinci iş rejimi.

Bu halda üçün sistem vuruğu maksimal olub -ə bərabərdir.

Normalaşdırılmış sistem vuruğu:

.

Ümumi sahənin istiqamətində maksimal olması antenanın bütün elementlərinin sahələrinin həmin istiqamətdə sinfaz toplanmasının (belə ki, ) nəticəsidir. Əgər və olarsa ümumi sahənin müşahidə nöqtəsində istiqamətlənməsi halına nəzərən kiçik olacaq. Göründüyü kimi QDA bir istiqamətlilik xassəsinə malikdir və öz oxu boyunca maksimal intensivliklə şüalandırır (şək.2.2.2).

İkinci iş rejimi.

şərti ödəndikdə sistem vuruğu maksimal olub -ə bərabərdir. Göstərilən şərt iki halda, yəni qiymətlərində ödənir. Uyğun olaraq antenanın oxu ilə üst-üstə düşməyən iki şüalanma istiqaməti mövcuddur (şək.2.2.3). Belə iş rejimi sərfəli deyil, beləki antenanın istiqamətlənmə xassələri pisləşir.

Cəld dalğa antenaları adətən xüsusi formalı İD almaq üçün, İD-nin skanerlənməsi (yırğalanması) üçün və s. istifadə olunur.

Цчцнжц iş rejimi.

(2.2.1) və (2.2.2) ifadələrindən göründüyü kimi bu halda antenanın ayrı-ayrı şüalandırıcılarının sinfaz toplandıqları bir istiqamət yoxdur. Beləki ki, istənilən halda . Ayrı-ayrı vibratorların sahələri arasındakı ən kiçik faza sürüşməsi istiqamətində, yəni antenanın oxu boyunca alınır: .

Hesabatlar göstərir ki, faza sürətinin qiymətindən başlayaraq azalması İD-nin əsas yarpağının daima daralması və yan yarpaqların səviyyəsinin artması ilə müşaiyət olunur (şək.2.2.4).

Əsas istiqamətdə şüalanma əvvəlcə artaraq, müəyyən qiymətində maksumuma çatır, sonra isə azalaraq böhran qiymətində sıfıra çevrilir.

İD-nin əsas yarpağının daralması antena üçün İTƏ-n artmasına, yan ləçəklərin səviyyəsinin artması isə onun azalmasına gətirir.

Faza sürətinin qiymətindən başlayaraq azalması zamanı İTƏ-nin artması İD-nin daralması hesabına baş verir. Müəyyən qiymətdən sonra isə yan ləçəklərin səviyyəsi artır və İTƏ azalır.

Göründüyü kimi İTƏ-n maksimal olduğu müəyyən qiyməti mövcuddur.

Sıra vibratorlar şəklində hazırlanmış QDA-nın bir növü də direktorlu antenadır. Bu antena desimetrlik və metrlik dalğa diapazonlarında geniş tətbiq olunur.

Direktorlu antenanın layihələndirmə metodikası əlavə 2-də verilir.