u_po_kursu__RASPROSTRANENIE_RADIOVOLN_I_ANTE

Таблица 4.1

2. Методические указания.

Диаграмма направленности вибратора в вертикальной плоскости ( в плоскости вектора Е) без учета влиянии экрана описывается формулой [1]

l -длина плеча вибратора.

Врассматриваемом случае по заданию l 0.25 .

Вгоризонтальной плоскости (или плоскости вектора Н) без учета искажающего воздействия экрана ДН, очевидно, является идеально всенаправленной.

Теория антенн вибраторного типа изложена в главе 2 [1] и в разделе 2

[2].

Экран предназначен, главным образом, для того, чтобы в достаточной мере ослабить заднее излучение и минимизировать влияние опоры на диаграмму направленности и входное сопротивление антенны. Кроме того, он нужен для крепления вибраторов так, чтобы конструкция антенны представляла собой единое целое.

Поперечные размеры экрана должны быть достаточно большими (как правило, они должны превышать максимальные размеры установленной на нем антенной решетки или одиночного вибратора, по крайней мере, на длину волны излучаемого поля). С целью снижения массы, а также ветровой и гололедной нагрузки экраны, имеющие большие размеры, могут выполняться

11

как решетчатые или проволочные с проводами ориентированными параллельно вибраторам.

В первом приближении влияние плоского экрана, учитывая его достаточно большие электрические размеры, принято учитывать, заменяя его бесконечным (см. раздел 6.4 в [1]) или раздел 2.3 в [2]. В этом случае влияние экрана ДН вибратора учитывается посредством добавочного множителя

от плоскости экрана, h – расстояние от вибратора до экрана. В рассматриваемом случае по заданию h 0.25 .

Это выражение имеет смысл только в переднем полупространстве, т.е. в области углов

0< < /2 .

В заднем полупространстве при сделанных допущениях поля теоретически вообще нет.

Необходимо понимать, что при использовании множителя (4.2), например, для расчета ДН вибратора в вертикальной плоскости или

Однако одиночный вибратор, скорее всего, не сможет обеспечить требуемую ширину ДН ни в вертикальной, ни в горизонтальной плоскостях. Для этого потребуется антенная решетка из таких вибраторов. Теория антенных решеток приведена в любой из книг [1-4].

Диаграмма направленности антенной линейки из N вертикальных электрических вибраторов, расположенных на одной оси с шагом dz и возбужденных равноамплитудно и синфазно, будет описываться выражением

0≤Θ ≤π .

Необходимое количество вибраторов N определяется из условия получения заданной ширины ДН в вертикальной плоскости. При этом, величина шага dz должна быть выбрана самостоятельно на основе известных рекомендаций (см., например, главу 3 в [1]).

12

Диаграмма направленности такой линейки вибраторов в горизонтальной плоскости не будет отличаться от ДН одиночного вибратора (над экраном).

Для возможности управления шириной ДН в горизонтальной плоскости в общем случае потребуется M таких линеек с шагом dx. В этом случае в горизонтальной плоскости в полупространстве перед экраном ДН будет описываться выражением

(Для углов вне этого промежутка следует положить f(φ)=0)

По заданной ширине ДН в горизонтальной плоскости следует определить М и уточнить величину шага dx.

Расчет входных сопротивлений осуществляется с помощью метода наведенных ЭДС (см. § 1.3), как это изложено в разделе 3.5 [1] (см. также [4]

глава 3 и [3] § 9.5 ).

Входное сопротивление вибратора Zвх, находящегося в составе синфазной равноамплитудной антенной решетки, состоящей из N

Z11 – входное сопротивление анализируемого вибратора в свободном пространстве (т.е. без влияния соседних вибраторов),

Z1К –взаимное сопротивление анализируемого (в данном случае пронумерованного первым) и К-ого вибраторов.

Входное сопротивление одиночного полуволнового вибратора, настроенного в резонанс, равно, как известно, примерно 73 Омам, т.е.

Z11 = 73 Ом.

Взаимные сопротивления Z1k = R1k + iX1k обычно определяются по специальным таблицам или графикам. Для упрощенного расчета достаточно учесть только влияние ближайших соседних вибраторов, находящихся справа и слева от исследуемого. Значения взаимных сопротивлений в зависимости от расстояния d между вибраторами, выраженного в долях длины волны λ, для этого случая берутся из таблицы 4.2.

Таблица 4.2

13

33.9

Питание симметричного вибратора коаксиальным кабелем требует использования специального переходного устройства, называемого симметрирующим.

Принципы построения симметрирующих устройств и различные варианты их конструктивного исполнения изложены. Например, в [3] стр.234-239, [4] стр.171-177, [5] стр. 168-177. Симметрирующее устройство следует выбрать так, что бы оно могло быть одновременно использовано и как устройство крепления вибратора к экрану. Наиболее простое конструктивное решение обеспечивает, по-видимому, симметрирующее устройство с компенсацией тока [4] стр.238, [5] стр.176 (в [3] стр. 248 это устройство названо мостиковым). Устройство представляет собой отрезок жесткой 2-х проводной линии, обычно выполненной из двух латунных или алюминиевых трубок подходящего диаметра. Один конец такой линии закорочен. Этот конец совмещается с экраном, а сама линия располагается перпендикулярно к экрану. Другой конец разомкнут и служит местом соединения с плечами вибратора. Высота вибратора над экраном должна составлять λ/4. Одна из трубок проходит сквозь экран и на ее конце располагается высокочастотный разъѐм для подведения коаксиальной линии питания. Во внутренней области этой трубки располагается отрезок коаксиала, внутренняя жила которого выводится из открытого конца трубки и припаивается к концу второй параллельной трубки, т.е. к началу второго плеча вибратора. Внешней оболочкой коаксиала может служить внутренняя поверхность трубки (если используется гибкий коаксиальный кабель, то его внешняя оплетка распаивается по периметру открытого конца своей трубки, не выходя наружу). Подбирая величину волнового сопротивления внутреннего коаксиала можно осуществлять согласование вибратора с линией питания (см. также [5] стр. 176-177, рис. 13.17).

Литература.

1.Г. А. Ерохин и др. Антенно-фидерные устройств и распространение радиоволн. М. «Горячая линия -Телеком», 2004 г.

2.Т.А. Гайнутдинов, В.Г. Кочержевский. Антенно-фидерные устройств и распространение радиоволн в системах подвижной радиосвязи. Учебное пособие. МТУСИ, 2003 г.

3.Д.М. Сазонов. Антенны и устройства СВЧ. М. «Высшая школа», 1988 г.

4.Г.Н. Кочержевский. Антенно-фидерные устройства. М. Связь»,

1972г.

5.Г.З. Айзенберг и др. Антенны УКВ, т.1. М. «Связь», 1977 г.

14

5. Рассчитывается профиль параболического зеркала по формуле ((6), (10.9) [4]) и далее по нему определяются радиусы сегмента кольца, представляющего собой излучающую апертуру антенны. Угол облучения зеркала берѐтся равным .

6.Рассчитывается диаграмма направленности антенны как для случая поперечной поляризации поля, так и для случая продольной поляризации (смотри с. [2]). Для упрощения расчѐтов излучающая апертура может быть заменена эквивалентным прямоугольником. Расчѐт ведѐтся по формулам

((7.8); (7.7), (7.67) [4]).

7.Рассчитывается коэффициент защитного действия антенны по формуле

(10):

8. Определяются профиль и габариты гиперболического перехода, который соединяет рупор с питающим волноводом. Для расчета используется уравнение гиперболы и рекомендация, что длина перехода должна составлять не менее

9.Производится выбор размера квадратного металлического волновода, работающего с волнами (H10 + H01).

10.По результатам расчѐтов выполняется конструктивный чертѐж антенны и оценивается точность изготовления антенны и еѐ элементов.

Литература.

1.Ерохин Г.А., Чернышов О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1996. – 352с.

2.Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. – М.: Связь, 1977. – 440с.

3.Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ, ч.1. –

М.: Связь, 1977. – 381с.

4.Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. – М.: Радио и связь,

1981. – 280с.

16

1)определить геометрические параметры логопериодической вибраторной структуры: период структуры и относительное расстояние [1];

2)рассчитать конструктивные размеры антенны: длину антенны, число вибраторов, длину и радиус каждого вибратора, расстояния между вибраторами;

3)определить диаметр проводников распределительного двухпроводного фидера и расстояние между проводниками из условия согласования антенны

спитающим коаксиальным кабелем;

4)рассчитать и построить в полярной системе координат нормированные диаграммы направленности (ДН) антенны в плоскостях E и H на средней и крайних частотах рабочего диапазона, по графикам определить ширину ДН в каждой из плоскостей по уровню половинной мощности;

5)разработать конструкцию антенны, привести чертеж логопериодической вибраторной антенны в двух видах (вид в плоскости, проходящей через оси вибраторов и вид в плоскости, перпендикулярной осям вибраторов) и чертеж антенны общего вида (в любой аксонометрической проекции).

Числовые данные для расчета приведены в следующей таблице.

2. Методические указания.

Расчет конструкции ЛПВА выполняется в следующем порядке. По заданному значению КНД выбирается соответствующая кривая на рис. 1. Используя произвольную точку на выбранной кривой, определяются предварительные значения параметров и , после чего вычисляется угол

из соотношения tgα (1 τ)(4σ) .

19