Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 27. 31 juli 1956 - Mikrovågsantenner med optiska analogier, av Göran Svennérus
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
31 juli 1950
619
Mikrovågsantenner med optiska analogier
Civilingenjör Göran Svennérus, Stockholm
Med det område inom spektrum för
elektromagnetisk strålning som fått benämningen
mikrovågor, menar man i allmänhet frekvenser
från ungefär 1 000 till 300 000 MHz, dvs.
våglängder från 30 cm till 1 mm. Det ligger sålunda
inom övergångsområdet mellan vanliga
radfø-frekvenser, för vilka våglängden är mycket stor
jämförd med systemkomponenterna, och optiska
frekvenser, för vilka våglängden är
utomordentligt liten.
Inom ett flertal användningsområden för
mikrovågor fordras antenner, som har förmågan att
koncentrera strålningen inom ett smalt
vinkelområde, dvs. riktantenner. Dessa utföres med
fördel enligt optiska principer som reflektorer
eller linser.
Allmänt om aperturantenner
De mikrovågsantenner som här skall behandlas
är sammansatta av två delar, en primär
strålningskälla samt en anordning för att samla och
rikta strålningen på önskat sätt. För det optiska
fallet kan strålningsegenskaperna vanligen
karakteriseras med en strålgång, fig. 1. För
mikrovågor är en sådan bild av förhållandena
missvisande. Strålningen från antennerna
karakteriseras i stället av ett strålningsdiagram vars form
beräknas på samma sätt som diffraktionen från
en smal slits inom optiken. För paraboler och
linser blir lobbildningen mycket mer påtaglig
vid mikrovågor än vid optiska frekvenser.
Det är för antenner vanligtvis tillräckligt att
lösa diffraktionsproblemet i fjärrzonen
(Fraun-hofer-zonen), dvs. på avstånd från antennen,
som är stora i förhållande till dess dimensioner.
Antennens strålningsdiagram hänföres alltid till
denna zon och kan alltså sägas återge
strålnings-fältets variation över ytan av en stor sfär med
centrum i antennen.
Strålningsdiagram
Vid beräkning av strålningsdiagrammet för en
reflektor-eller linsantenn är det lämpligt att anta, att strålningen
utgår från en plan apertur belägen alldeles framför
antennen. Med kännedom om primärstrålarens (matarens)
strålningsdiagram och lins- eller reflektorformen kan det
elektromagnetiska fältet över aperturen beräknas till både fas
och amplitud. Om man vidare antar, att fältstyrkan är noll
i alla punkter i aperturplanet utanför själva aperturen, kan
fältdistributionen anses vara känd i hela planet.
Strålningsfältet kan då beräknas med Huyghens princip: alla
621.396.677.029.6
punkter i aperturplanet tas till utgångspunkt för nya
sfäriska elementvågor.
Vid beräkning av fältstyrkan i en punkt P på långt
avstånd från antennen summeras bidragen från samtliga
källpunkter i aperturplanet med en amplitud och fas, som
iir bestämd av fältet i aperturpunkten samt avståndet från
denna till P.
För en given amplituddistribution blir fältstyrkan i
punkten P störst, om bidragen från alla ytelement ligger i
samma fas. I praktiken eftersträvar man ofta maximal
strålning i normalens riktning, varvid sålunda konstant fas
över aperturen fordras.
Strålningsfunktionen får i regel ett huvudmaximum (en
huvudlob) och ett antal mindre bimaxima (bilober), som
är åtskilda av minimipunkter eller nollpunkter. Detta
sammanhänger med att bidragen från aperturens olika delar
i vissa riktningar kombineras i gynnsam fas och i andra
riktningar mer eller mindre effektivt släcker ut varandra.
Huvudlobens bredd och sidolobernas lägen och bredd
bestäms i första hand av förhållandet a/A, där a är den
strålande ytans utsträckning i det plan i vilket
strålningsdiagrammet studeras och A är våglängden. Ju större a/X är,
ju smalare lob och desto större riktverkan får man. Man
brukar vid beskrivning av ett visst strålningsdiagram nöja
sig med att ånge huvudlobens bredd — oftast vid
halveffekt -— samt den maximala sidolobsnivån. Sidolobernas
storlek beror i huvudsak av amplitudfördelningen över
aperturen.
Sidolobsnivån kan minskas i önskad grad genom att man
låter amplituden över aperturen avta på olika sätt från
mitten mot kanterna, fig. 2. Vid konstant amplitudfördelning
ligger maximala sidolobsnivån ca 13 dB under huvudlobens
maximum, medan den sjunkit till 32 dB vid cos2-fördelning.
Samtidigt som sidoloberna undertrycks breddas dock
huvudloben, från 5,2 till 8,6° i det anförda exemplet med
a = 10 A. Ett avvikande från konstant amplitudfördelning
innebär tyvärr en sänkning av antennens effektivitet.
Direktivitet och effektivitetsfaktor
Antennens effektivitet är bestämd av antennens
direktivitet D. Direktiviteten är ett mått på antennens riktverkan
och definieras som
ö Smax/S:
(1)
där Smax är effekttätheten på visst avstånd från antennen
i riktning för maximal strålning, och Si är effekttätheten
Fig. 1. Strälsamling genom, t.v. prtrabolisk reflektor, t.h. lins.
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
