Лабораторная работа № 5 исследование вибратора с пассивным рефлектором и директором
Цель работы: изучение принципов формирования однонаправленного излучения с помощью пассивных вибраторов, методов настройки пассивных вибраторов, методики моделирования многовибраторных антенн с помощью ЭВМ.
1.Краткие сведения об антеннах с пассивными вибраторами
Пассивные вибраторы
являются удобным средством повышения
направленности антенны и создания
однонаправленного излучения без
усложнения схемы питания. Схема антенны,
состоящей из активного и пассивного
вибраторов, изображена на рис.1.1. Ток в
пассивном вибраторе возникает за счет
ЭДС, наводимой в нем полем активного
вибратора. В центр пассивного вибратора
включено реактивное сопротивление
настройки
,
регулирующее амплитуду и фазу тока в
нем.
Рисунок 1.1
Из теории связанных вибраторов известно, что соотношение токов в них определяется формулой:
(1)
где 
- взаимное сопротивление вибраторов;
- собственное сопротивление вибратора.
Развернутая запись формулы (1) имеет следующий вид:
(2)
(3)
С
обственные
и взаимные сопротивления определяются
по методу наводимых ЭДС. Численные
значения сопротивлений зависят от длины
вибратора, расстояния между ними и длины
волны. Для используемых в данной работе
полуволновых вибраторов
=73.1Ом,
Ом.
Зависимость
от расстояния
(рис. 3.1) дана в виде графиков на рисунке
1.2.
Рисунок 1.2.
Диаграмма
направленности (ДН) двух связанных
вибраторов с известным соотношением
токов
в плоскости
(горизонтальная плоскость на рис.1)
рассчитывается по формуле
(4)
где
(радиан/м) =
(град/м).
Первый сомножитель в формуле (4) является ДН одиночного вибратора, а второй – множителем решетки (множителем комбинирования).
В зависимости от
настройки пассивного вибратора ДН
антенны приобретает различный вид,
показанный на рис. 1.3. Пассивный вибратор
называется рефлектором (отражателем),
если поле усиливается со стороны
активного вибратора (
),
и директором (направителем), если
преобладает излучение в сторону
пассивного вибратора (
).
При настройке двухвибраторной антенны стремятся максимизировать так называемый коэффициент защитного действия (КЗД), который определяется соотношением
КЗД=
Выбор оптимального
значения
можно произвести после расчета графиков
КЗД =
по формулам (2), (3), (4), (5). Пример такого
графика для используемого в работе
макета двухвибраторной антенны приведен
на рис.1.4.
Рисунок 1.4.
Для повышения направленности излучения могут применяться многовибраторные директорные антенны (рис. 1.5), состоящие из активного вибратора, рефлектора и нескольких директоров (от 1 до 10 и более). Применение нескольких рефлекторов нецелесообразно, так как второй и последующие рефлекторы находятся в области слабого поля и практически не возбуждаются.
Рисунок 1.5.
Настройка директорной антенны осуществляется путем подбора расстояний между вибраторами и их длины.
Рекомендации по выбору размеров директорной антенны: обычно длина активного вибратора составляет 0.5*λ, рефлектора (0,52 – 0,55)*λ, директоров (0,4 – 0,48)*λ; расстояние между рефлектором и активным вибратором обычно выбирают в пределах (0.1-0,25) *λ; расстояние между первым директором и активным вибратором около (0.08-0.15) *λ; при удалении от активного вибратора расстояния между директорами плавно увеличивают с 0.1*λ до 0.38*λ, а длины директоров плавно уменьшаются в пределах (0,48 – 0,4)*λ .
В данной лабораторной моделирование характеристик многоэлементной антенны с последующей оптимизацией осуществляется при помощи программы MMANA.