Двухэлементная директорная антенна
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Курсовая работа по антеннам и устройствам СВЧ
Задание
Заданы: длина волны , относительное расстояние между вибраторами , диаметры вибраторов 2а и , размер h петлевого вибратора, суммарное реактивное сопротивление пассивного вибратора (директора или рефлектора), входное сопротивление антенны .
Рассчитать:
Длину 2l пассивного вибратора и диаметр петлевого, ДН антенны в плоскостях E и H, коэффициент защитного действия, и КНД антенны.
Симметричный электрический вибратор в свободном пространстве
Симметричные вибраторы, состоящие из двух одинаковых по размерам и форме проводников, между которыми включается генератор высокой частоты (часто эти проводники называют плечами), начали широко применяться уже в первой половине 20-х годов в связи с возникновением и развитием радиосвязи на коротких волнах. В настоящее время симметричный вибратор как самостоятельную антенну используют на коротких (декаметровых), метровых и дециметровых волнах. В этих же диапазонах широко применяют сложные антенны, состоящие из ряда симметричных вибраторов. Симметричные вибраторы используют также в сантиметровом диапазоне волн в качестве элементов сложных систем (например, облучатели зеркальных антенн).
Рассмотрим линейный симметричный вибратор, представляющий собой тонкий цилиндрический проводник длиной 21 и радиусом а (рис. 1), находящийся в свободном пространстве.
Рис. 1
До разработки строгой теории симметричного вибратора, которая появилась в конце 30-х - начале 40-х годов, при расчете поля вибратора применялся приближенный метод. В его основе лежит предположение о синусоидальном распределении тока по вибратору (закон стоячей волны), связанное с некоторой внешней аналогией между симметричным вибратором и двухпроводной, разомкнутой на конце длинной линией без потерь (предположение о синусоидальном распределении тока делалось и при расчете поля длинноволновых проволочных антенн, появившихся в самом начале возникновения радиосвязи). Действительно, от двухпроводной линии можно перейти к симметричному вибратору, если провода линии развернуть под углом 180 друг к другу.
Полагают, что при таком переходе закон распределения тока не нарушается, т.е.
где /п - амплитуда тока в пучности тока вибратора (в общем случае - это величина комплексная); l - длина одного плеча вибратора, при этом зазором между плечами вибратора пренебрегают; г - расстояние от начала координат (середина вибратора) до произвольной точки на поверхности вибратора (текущая координата); - коэффициент фазы тока, текущего по вибратору (полагают, что длина волны в вибраторе равна длине волны в свободном пространстве, т. е. фазовая скорость этой волны равна скорости света). Как видно из формулы для распределения тока по вибратору, распределение тока не зависит от толщины вибратора.
В действительности, хотя длинная линия и вибратор являются колебательными системами с распределенными параметрами, они существенно различаются. Во-первых, распределенные параметры линии не изменяются по длине линии, распределенные параметры вибратора непостоянны по его длине. Во-вторых, линия предназначена для передачи электромагнитных волн к антенне или к какой-либо другой нагрузке и является практически не излучающей системой; в разомкнутой линии без потерь ток изменяется по закону стоячей волны. В вибраторе, выполненном даже из идеального проводника, существуют потери (полезные) на излучение, и ток в нем, строго говоря, не может быть распределен по закону стоячей волны, как в формуле. В частности, в узлах ток не обращается в нуль.
Однако расчет поля симметричного вибратора в дальней зоне (т.е. характеристик направленности) по формулам, полученным исходя из синусоидального распределения тока, дает достаточно хорошее совпадение с экспериментальными данными для тонких вибраторов, длина которых <0,5, и широко используется в настоящее время.
В результате, полагая, что ток в вибраторе распределён по закону синуса, и прибегнув к законам электродинамики и математики, получили выражение для напряжённости поля, создаваемое в точке наблюдения всем симметричным вибратором:
Параметры, используемые в данной формуле, и геометрия симметричного вибратора показаны на рисунке:
Рис. 2
Из выражения для напряжённости поля видно, что симметричный вибратор обладает направленными свойствами только в меридиональной плоскости (плоскость электрического вектора).
Напряжённость электрического поля симметричного вибратора в его экваториальной плоскости (плоскость магнитного вектора )
то есть не зависит от азимутального угла . Поэтому ДН симметричного вибратора в его экваториальной плоскости, как и в случае элементарного вибратора, представляет в полярной системе координат окружность.
Как видно из формул, направленные свойства симметричного вибратора при синусоидальном распределении тока определяются только отношением длины вибратора к длине волны.
В моём случае, то есть в случае полуволнового вибратора, когда , выражение для расчёта напряжённости поля принимает вид:
Анализ формул и рассмотрение нормированных ДН показывают, что при любом отношении симметричный вибратор не излучает вдоль своей оси. Если длина симмет