3.3 Симметричный излучатель на основе пирамид с квадратным основанием с дополнительными проводниками

Расчет данной топологии отличается от предыдущей только расчетом восьми дополнительных проводов (высоты боковых граней). Их координаты рассчитываются следующим образом:

Тогда матрица входных данных будет иметь вид:

3.4 Рефлектор в виде вертикальных прямолинейных проводников (смотри рисунок 3.5)

Рисунок 3.5 - Геометрические параметры рефлектора

Рефлектор задается следующими значениями:

количество проводов – n = 25;
ширина (м) – S = 24;
расстояние от рефлектора до излучателя (м) – d = 8;
расстояние между проводами рефлектора (м) – r = S/(n-1) = 1;
высота рефлектора (м) – h3 = 27;

Поскольку количество строк в упорядочивающей данные матрице зависит от количества проводов, из которых состоит рефлектор, ее размерность делаем зависимой от n:

Полученная матрица будет иметь вид:

Таким образом, изменяя геометрические параметры топологии излучателя (размер основания, высоту излучателя, плечо, радиус проводов) и рефлектора, MathCAD автоматически рассчитывает данные и упорядочивает их для последующего экспорта в описание антенны в программе MMANA.

4 Численное исследование электродинамических характеристик кв излучателей пирамидального типа

7.1 Исследование одиночных излучателей без рефлектора

Для определения оптимальной конструкции излучателя, позволяющей наилучшим образом функционировать на заданной полосе частот, были проанализированы три различные их топологии. Основными параметрами каждой топологии являются: размер основания (радиус описанной вокруг него окружности R), высота излучателя h2, плечо с источником тока h1, высота над экраном h3 и радиус проводов r1. За основу был взят излучатель высотой в половину волны и стороной основания a = 0,07λ. Для сравнения топологий, размеры каждой из них масштабировались таким образом, чтобы получить резонанс и активное сопротивление 50 Ом на центральной частоте. Результаты изображены на Рис. 4.1 (здесь и далее под числом 1 изображен график тетраэдрической антенны с высотами боковых граней; 2 - пирамидальная антенна с квадратным основанием; 3 – пирамидальная антенна с квадратным основанием и высотами на боковых гранях) в виде графиков КСВ.

Рисунок 4.1 - График зависимости КСВ излучателей от частоты.

Из графика следует, что излучатели такой конструкции в заданной полосе частот работать удовлетворительно не будут, т.к. КСВ по полосе частот ниже центральной резко возрастает.

Изменение высоты расположения антенны над экраном h3 существенно не влияет на характеристики вибратора, однако при установке ее более чем 0,15λ, на диаграмме направленности возникают боковые лепестки. Величина плеча h1прямо пропорционально меняет входные сопротивления (Рис. 4.2.).

Рисунок 4.2 - График зависимости реактивного и активного сопротивлений от длины плеча

Радиус проводов r1 так же плавно влияет на входную нагрузку, но еще более существенно на КСВ излучателя (смотри рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – График зависимости нагрузок и КСВ от радиуса проводов

Чем толще вибратор, тем медленнее изменяется Rвх при изменении частоты. Добротность одного и того же вибратора на параллельном резонансе примерно в восемь раз больше, чем на последовательном. Кроме того добротность зависит от волнового сопротивления вибратора: чем больше волновое сопротивление, тем больше добротность. Волновое сопротивление вибратора, в свою очередь, зависит от толщины вибратора: чем толще вибратор, тем меньше волновое сопротивление. Таким образом, при увеличении толщины вибратора уменьшается его добротность и, следовательно, улучшаются его диапазонные свойства.

Ширина основания и высота излучателя оказывают наибольшее влияние на входные характеристики, диаграмму направленности и полосу пропускания антенны. На основе серии экспериментов, за счет ухудшения одних параметров (КСВ на центральной частоте, УБЛ на частоте 8МГц, увеличения радиуса проводов) и улучшения других (полосы пропускания, входных характеристик) была подобрана оптимальная усредненная геометрия излучателя. Ей оказалась третья топология с геометрическими параметрами, показанными на рисунке 4.4.