Сканированием антенны называют
управляемое пространственное перемещение по определенному закону направления
максимального приема, при котором последовательно "просматривается"
заданный сектор или другая зона обзора. Так, антенна радиолокационной станции
кругового обзора вращается вокруг вертикальной оси и за каждый оборот позволяет
обследовать все окружающее пространство. Такое сканирование является механическим
- механическое вращение антенны обеспечивает обзор заданной зоны. В отличие
от механического в радиолокации в последние годы часто используют электрическое
сканирование, при котором антенна представляет собой неподвижную решетку, а
изменение направления главного лепестка диаграммы направленности достигается
соответствующим фазированием антенн решетки. Если, например, сигналы, принятые
двумя антеннами, складываются непосредственно, максимум главного лепестка диаграммы
направлен перпендикулярно линии, соединяющей антенны. Но если перед сложением
сигналов один из них задержать на часть периода, то есть сдвинуть его по фазе
относительно сигнала, принятого другой антенной, диаграмма направленности повернется
на некоторый угол, для которого разность хода будет скомпенсирована введенной
задержкой. При главном и непрерывно меняющемся сдвиге фаз максимум диаграммы
направленности так же плавно и непрерывно изменяет свое направление.
В технике телевизионного
приема подобие механического сканирования использовалось давно. Антенна при
этом устанавливалась на поворотной мачте и либо вручную, либо с применением
электродвигателя, оснащенного редуктором, ее поворачивали в направлении нужного
телевизионного передатчика. Такие устройства использовались любителями телевизионного
приема достаточно редко, так как были громоздкими и дорогими.
Принцип электрического
сканирования позволяет очень просто поворачивать максимум диаграммы направленности
неподвижной антенной решетки за
счет фазирования ее антенн.
Вернемся к рассмотрению рис. 5. 8. Пусть антенны 1 и 2 - ненаправленные. Если
направление на передатчик перпендикулярно линии, соединяющей антенны, принятые
ими сигналы будут синфазны, и максимум диаграммы будет направлен па передатчик.
Если же передатчик находится под углом а, между принятыми сигналами возникает
сдвиг фаз в, соответствующий разности хода, и прием произойдет на склоне
диаграммы направленности. Но достаточно задержать сигнал, принятый антенной
1, сдвинув его по фазе на тот же угол в, чтобы оба сигнала оказались в фазе.
В результате максимум диаграммы повернется и окажется в направлении а.
При использовании направленных антенн зависимость угла максимального приема
от сдвига по фазе одного из сигналов становится сложной. Форма диаграммы направленности
фазированной двухрядной решетки из полуволновых вибраторов при расстоянии между
ними, равном половине длины волны описывается формулой:
.
В этой формуле угол в соответствует
необходимой задержке сигнала, принятого антенной 1, для того чтобы максимум
диаграммы направленности решетки оказался повернут в направлении а.
Диаграммы направленности
рассмотренной решетки для пяти значений фазирования антенн приведены на рис.
5. 12. При рассмотрении диаграмм можно сделать следующие
выводы. Фазирование решетки приводит к раздвоению диаграммы на два лепестка.
С увеличением угла фазирования главный лепесток уменьшается, а боковой - увеличивается.
Когда угол фазировапия достигает 180°, лепестки становятся одинаковыми!.
Расчет показывает, что при дальнейшем увеличении угла фазирования боковой лепесток
становится главным, что равносильно фазированию другой антенны. В связи с тем,
что полуволновый вибратор принимает сигналы одинаково спереди и сзади, диаграмма
направленности в противоположной полуплоскости аналогична приведенной.
Отсутствие аналитического
выражения диаграмм направленности других антенн не дает возможности проследить
результаты их применения в фазированной решетке, но можно считать, что качественно
они будут такими же.
Для примера можно рекомендовать
использование фазированной решетки при необходимости приема программ двух телевизионных
передатчиков, работающих на одинаковых или соседних по частоте каналах и расположенных
в разных направлениях.
Фазирование антенны в решетке
легко осуществить за счет разной длины линий, например, показанных на рис. 5.
11. Увеличение длины одной линии относительно другой производится на величину
z, которая находится в зависимости от необходимого угла фазирования в (в градусах)
и длины волны сигнала L, в кабеле (в мм) по следующей формуле (длина волны в
кабеле в 1, 52 раз меньше, чем в свободном пространстве).
