10.3. Антенны вращающейся поляризации

В гл. 1 было показано, что электромагнитная волна с вращающейся поляризацией представляет собой совокупность двух линейно поляризованных волн, отличающихся друг от друга плоскостями поляризации и фазами колебаний, но распространяющихся в одном направлении.

Поэтому любая система из двух линейно поляризованных антенн, ориентированных соответствующим образом и питаемых токами различной фазы, может служить источником волн вращающейся поляризации.

Одной из таких антенн является турникетная антенна, состоящая из двух взаимно перпенд1жулярных вибраторов, питаемых токами одинаковой амплитуды со сдвигом фаз 90°. Примером турникетной антенны могут служить передающие телевизионные антенны Линденблада, Брауде и т. д. (см. гл. 6). Турникетные антенны являются всенаправленными, у них отсутствуют направления, в которых нет излучения, и, следовательно, в соответствии с ограничением, указанным в гл. 3, в совокупности излучаемых ими волн будут волны любой поляризации - от кругового правого и левого вращения, эллиптического правого и левого вращения до линейной поляризации.

Для того чтобы получить направленную антенну круговой поляризации, можно либо создать антенную решетку, в которой каждый излучающий элемент будет выполнен в виде турникетной антенны, либо использовать турникетную антенну в качестве возбудителя двух взаимно перпендикулярных антенн линейной поляризации, излучающих вдоль своей оси. Такими антеннами могут служить лого-периодические антенны, антенны типа «волновой канал» (рис. 10.3) и т. п.

Круговую поляризацию можно получить в крестообразной щелевой антенне, состоящей из двух взаимно перпендикулярных щелей, возбуждаемых оди-.наковым по значению напряжением, но со сдвигом фаз 90°. Распространение получила направленная волноводно-щелевая антенна, в которой крестообразные щели прорезаны в широкой стенке волновода (рис. 10.4) на таком расстоянии от узкой стенки, где продольные и поперечные составляющие токов равны. Так как эти составляющие, как известно, сдвинуты по фазе на 90°, то ацели, возбуждаемые ими, создают в пространстве волну круговой поляриза-

Направление пансинального излучение!

Рис. 10.3. Директорная антенна типа «волновой канал» с вращающейся поляризацией:

/ - вибраторы; 2 - рефлектор; S - директоры; -фазирующая фидер-

ная система

Рис. 10.4. Крестообразная щель на широкой стенке волновода, излучающая вращающуюся поляризацию:

1 - волновод; 2 - крестообразная щель; 3 - составляющие токов на широкой стенке волновода

Иапрабление распространения болны

Рис. 10.5. Проходной пластинчатый поляризатор

Рис. 10.6. Проходной поляризатор в рупорном облучателе:

/ - рупорная антенна; 2 - проходной поляризатор

31ИИ (в направлении, перпендикулярном плоскости крестообразной щелевой антенны) .

Другим типом антенн, излучаюших волны с вращающейся поляризацией, являются антенны, содержащие поляризаторы, преобразующие линейную поляризацию в круговую или эллиптическую. Поляризаторы подразделяются на проходные и отражающие.

Простейшим проходным поляризатором может быть система плоских параллельных металлических пластин, имеющих ширину d и расположенных одна от другой на расстоянии а, большем половины длины волны в свободном пространстве (рис. 10.5).

В том случае, если вектор электрического поля волны, падающей на проходной поляризатор, перпендикулярен пластинам, то скорость распространения этой волны в системе пластин равна скорости света с, а запаздывание фазы (в градусах) при прохождении через эту систему будет

= (360 df)lc = (360 rf)Ao,

где f - частота колебаний; Яо - длина волны в свободном пространстве.

Когда вектор напряженности электрического поля волны, падающей на проходной поляризатор, параллелен пластинам, фазовая скорость превышает скорость света и запаздывание по фазе на выходе поляризатора будет

Д¥} = (ЗбОал/гф = (360 d)lK,

,тде - фазовая скорость распространения волны в поляризаторе; Яп - длина волны в поляризаторе:

Таким образом, если на проходной поляризатор падает волна, вектор на-этряженности поля которой наклонен к пластинам под угло.м 45°, составля-.•ющая этого вектора, перпендикулярная пластинам, будет запаздывать по фазе

Рис. 10.7. Отражательный пластинчатый поляризатор:

/ - система пластин, преобразующая поляризацию; 2 - металлический экран, отражающий падающую

волну

Рис. 10.8. Цилиндри- Рис. 10.9. Коническая

ческая спиральная спиральная антенна:

антенна: / - спираль; 2 - экран

/ - спираль; 2 - экран

относительно составляющей, параллельной пластинам, на величину (в градусах)

:360d

Выбирая из конструктивных соображений ширину пластин и расстояние между ними так, чтобы сдвиг фаз, т. е. запаздывание по фазе, между параллельной и перпендикулярной составляющими вектора напряженности поля было равно 90°, обеспечиваем преобразование волны линейной поляризации в волну круговой поляризации. В рассматриваемом случае на выходе поляризатора будет круговая поляризация правого вращения. Круговая поляризация левого вращения будет получена при повороте поляризатора на ±90°.

Проходные поляризаторы используются в рупорных облучателях зеркальных и линзовых антенн (рис. 10.6).

В отражающем поляризаторе система параллельных металлических пластин устанавливается на металлическом экране (рис. 10.7). В этом случае систему пластин волна проходит дважды (при падении на экран и после отражения от него). Если вектор напряженности поля наклонен к пластине под углом ±45°, то при соответствующем выборе ширины пластин и расстояния между ними можно обеспечить (так же как это делается в проходном поляризаторе) запаздывание составляющей, поляризованной перпендикулярно пластинам, на 90° относительно составляющей, параллельной пластинам. Поскольку в отражающем поляризаторе волна проходит дважды через систему пластин, то при том же расстоянии между пластинами их ширина в нем будет вдвое меньше ширины пластин в проходном поляризаторе.

Отражающие поляризаторы используются в однозеркальных и двухзер-кальных антеннах. В первом случае отражающим экраном служит параболическая поверхность зеркала, а во втором - гиперболическая поверхность малого зеркала.