Двухэлементная директорная антенна
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
а антенны (подбор длин вибраторов) производится экспериментально.
Для уменьшения боковых лепестков длины директоров уменьшают по мере их удаления от активного вибратора. В качестве активного вибратора обычно применяют петлевой вибратор. Это связано с согласованием активного вибратора с пассивными. Просто если взять обычный полуволновой вибратор, его входное сопротивление в составе антенны уменьшается до 20 Ом, а у петлевого вибратора оно остаётся достаточно большим порядка 400 Ом, что удобно для согласования. Кроме того, у петлевого вибратора есть точка нулевого потенциала, что удобно для крепления его к металлическому стержню. Недостатком директорных антенн является их относительная узкополосность рабочих частот, это можно чуть-чуть исправить увеличением числа директоров в её составе, или усугубить уменьшением её длины.
Питание вибраторных антенн
Несимметричные вибраторы питаются с помощью несимметричных (коаксиальных) кабелей и жестких коаксиальных линий. При этом оболочка кабеля или линии присоединяется к проводящей поверхности (земля), а внутренний провод - 'к вибратору.
При непосредственном присоединении коаксиального кабеля к симметричному вибратору (рисунок а) ток , текущий по внутренней поверхности экрана, в точке присоединения плеча вибратора (точка Ь) разветвляется на два тока: (течет по левому плечу вибратора) и (течет по внешней поверхности оболочки 'кабеля). Ток в виде тока смещения замыкается на плечо вибратора, соединенное с внутренним 'проводом кабеля. Ток , текущий по центральному проводнику кабеля, полностью переходит в правое плечо .вибратора. Так как =- то
Таким образом, плечи вибратора возбуждаются неодинаковыми по амплитуде и по фазе токами, что искажает диаграмму направленности. Кроме того, ток создает потери в оболочке кабеля; теряется также энергия поля, создаваемого током , так как это поле и поле вибратора имеют взаимно перпендикулярную поляризацию. Поэтому присоединение коаксиального кабеля к симметричному вибратору должно осуществляться только с помощью специальных симметрирующих устройств, один из основных типов которых является U-колено.
Рис. 8
На рисунке ниже изображена схема симметрирующего устройства, называемого U-коленом. Коаксиальный кабель, идущий от генератора (основной кабель), присоединяется в точке с к отрезку коаксиального кабеля, имеющего форму буквы U. Расстояние bс должно отличаться от расстояния cda на Л/2 (Л - длина волны в кабеле) . В частности, точка с может совпадать с точкой b , в этом случае длина U-колена равна Л/2.
Так как в длинной линии фаза тока или напряжения меняется на обратную через каждую половину длины волны, то токи в точках а и b оказываются в противофазе. Напряжение между этими точками Uab=Ua-Uь, где Ub=-Ua и плечи вибратора возбуждаются токами, одинаковыми по амплитуде и по фазе.
Для предотвращения ответвления токов, текущих по внутренней поверхности экрана кабеля на наружную поверхность этого экрана, внешние оболочки вблизи концов U-колена соединяются накоротко.
Симметрирующее устройство типа U-колена может работать только в узкой полосе частот.
Рис. 9
Расчётная часть
Дано:
-относительное расстояние между вибраторами
мм - диаметры вибраторов
Рассчитать:
Длину 2l пассивного вибратора и диаметр петлевого, диаграмму направленности в плоскостях E и H, коэффициент защитного действия и КНД.
Расчет:
Вначале рассчитывается антенна-прототип, в которой петлевой вибратор заменён полуволновым вибратором с собственным сопротивлением =73 Ом. При одинаковых с исходной антенной параметрах пассивного вибратора и расстояния d, антенна-прототип имеет те же направленные свойства (ДН и КНД), отличаясь лишь величиной входного сопротивления.
Длина пассивного вибратора определяется из следующей формулы:
м
м
Компоненты взаимного сопротивления определяются:
Найдём модуль q и фазу отношения токов
, где Ом, так как =0.645
Расчёт диаграммы направленности:
Нормированная диаграмма направленности в плоскости E в полярных координатах имеет вид:
Рис. 10
В плоскости H:
Рис. 11
Действие рефлектора или директора оценивается коэффициентом защитного действия , равным отношению напряжённости поля, излучаемого в главном направлении, к напряжённости поля, излучаемого в обратном направлении.
Коэффициент защитного действия антенны:
=8.498
Сопротивление излучения антенны-прототипа определяется по формуле:
Ом
Коэффициент направленного действия рассчитывается:
, )=1.101=3.33
Расчёт входного сопротивления антенны с петлевым вибратором ведётся по следующей формуле:
Из данной формулы можно выразить радиус петлевого вибратора :
(мм)
Диаметр петлевого вибратора равен примерно 2=0.158 мм
Двухэлементная директорная антенна имеет вид:
Заключение
Длина пассивного вибратора составила 2l=1.892 и диаметр петлевого =0.158мм, коэффициент защитного действия=8.498, и КНД антенны D=3.33.
Список используемой литературы
1. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства: - М.: Радио и связь, 1981.