Лабораторная работа № 3 Исследование двухпроводной линии

Цель работы: Исследование волн, распространяющихся вдоль длинной линии, питаемой синусоидальным напряжением от генератора УКВ.

1 Оборудование

1. Генератор УКВ.

2. Исследуемая линия.

3. Индикатор.

2 Схема исследования

Рисунок 1 – Исследуемая схема

3 Краткие теоретические сведения

Длинной линией называется система проводов, длина которых соизмерима с длиной волны действующего колебания.

Чаще всего используется 2-х проводная и коаксиальная линия.

Длинная линия характеризуется первичными и вторичными параметрами. Параметры, приходящиеся на единицу длины линии, называются первичными. Если эти параметры одинаковы в любом сечении линии, линию называют однородной.

Для линий, используемых в радиотехнике обычно справедливы неравенства wL1 > R1, wC1 > G1. Такие линии называют линиями без потерь.

Длинная линия может работать в 3-х режимах:

• Бегущей волны;

• Стоячей волны;

• Смешанных волн.

Схема замещения длинной линии представляет собой последовательное соединение “n” звеньев электрических фильтров низкой частоты при .

В результате процесса заряда и разряда емкостей элементарных участков, в линии создается волна тока и волна напряжения, называемая бегущей.

Бегущая волна образуется в том случае, если вся энергия от генератора поглощается нагрузкой. Для этого сопротивление нагрузки должно быть чисто активным и равным входному сопротивлению.

Если вся энергия падающей волны отражается от конца линии и полностью возвращается к генератору, возникают две бегущие волны, распространяющиеся по линии навстречу друг другу. В результате интерференции этих волн образуются стоячие волны. Для этого линия должна быть идеальной и на конце либо разомкнутой, либо замкнутой, либо нагружена на реактивное сопротивление.

Смешанными волнами называется совокупность бегущих и стоячих волн.

4 Порядок выполнения работы

1. Измерить диаметр проводов линии d и расстояние между проводами а. Подсчитать волновое сопротивление линии

2. Используя индикатор, снять кривые распределения напряжения вдоль линии.

Результаты измерений занести в таблицу1.

Таблица 1

Расстояние от конца линии Lx(см)
Показания микроамперметра

По данным таблицы построить зависимость показаний микроамперметра индикатора от L_x.

5 Содержание отчета

1. Наименование.

2. Цель работы.

3. Таблица.

4. Построить график распределения действующих значений тока.

5. Выводы о проделанной работе.

6 Контрольные вопросы

1. Что называется длинной линией?

2. Перечислить первичные параметры длинной линии.

3. Что относится ко вторичным параметрам?

4. Перечислить режимы работы линий и дать им характеристику.

Лабораторная работа № 4 (сборник ЛР)

Расчет и моделирование параметров, характеристик, конструкции «логопериодической антенны»

Лабораторная работа № 5(сборник ЛР)

Расчет и моделирование параметров, характеристик, конструкции антенны «волновой канал»

Лабораторная работа № 6(сборник ЛР)

Расчет и моделирование параметров, характеристик и конструкции спиральной антенны

Лабораторная работа № 7(сборник ЛР)

Расчет и моделирование параметров, характеристик и конструкции зигзагообразной антенны

Лабораторная работа № 8(сборник ЛР)

Расчет и моделирование параметров, характеристик и параметров антенны двойной квадрат

Цель работы: целью данной работы является изучение параметров и характеристик антенн, получение практических навыков расчета основных элементов конструкций антенн КВ и УКВ диапазонов.

Методические указания по организации выполнения лабораторной работы

Приступая к выполнению данной лабораторной работы, необходимо ознакомится с материалами, рекомендуемыми по данной теме, изучить конспект лекций, рекомендованную литературу .

Антенна в значительной мере определяет качество приемника. От эффективности ее работы и чувствительности к промышленным помехам зависит качество воспроизведения принимаемой программы. Для ослабления влияния помех применяют направленные антенны.

Любая антенна является обратимой и может быть использована как для передачи, так и для приема, причем электрические характеристики остаются неизменными.

Различают антенны:

- по диапазонам волн (ДВ, СВ, УКВ, всеволновые и т.д.);

- по диаграммам направленностей (узконаправленные, широкополосные).

По назначению антенны условно делят на следующие группы:

- антенны радиовещательных станций;

- антенны станции радиосвязи (в том числе РРЛ);

- радиолокационные антенны;

- телевизионные антенны;

- радиоастрономические (спутниковые) антенны.

По принципу действия и по конструктивному выполнению делятся:

- вибраторные (петлевые, рамочные, штыревые, многоэлементные (волновой канал));

- антенны оптического типа (металлические зеркала-рефлекторы и линзы);

- антенны акустического типа (металлические рупоры);

- антенны поверхностных волн (диэлектрические антенны, металлические стержневые или плоскостные антенны с диэлектрическим покрытием или периодической структурой);

- щелевые (дифракционные) антенны;

- антенны, излучающие электромагнитные волны с вращающейся поляризацией (спиральные, крестообразные и др.).

Приведем основные параметры антенн.

Сопротивление излучения и потерь – характеризует мощность излучения и мощность потерь (в проводах антенны, в изоляторах, в земле).

Входное сопротивление антенны является суммой активной и реактивной составляющих. Сопротивление настроенной в резонанс антенны – чисто активное.

Коэффициент полезного действия антенны – отношение суммарной мощности излучения к сумме мощностей излучения и потерь.

В антеннах микроволнового и ВЧ диапазона токи смещения практически отсутствуют, поэтому КПД стремиться к единице, ДВ и СВ – КПД от 0,2 до 05.

Характеристика направленности – зависимость ЭДС в антенне либо мощности в нагрузке от угла прихода сигнала.

Коэффициент усиления антенны К показывает, во сколько раз мощность сигнала, принятого данной антенной Р, больше мощности сигнала, принятого простейшей антенной — полуволновым вибратором Р₀, помещенным в ту же точку пространства. Обычно коэффициент усиления антенны выражается в децибелах:

КдБ=10lg(Р/Р₀). (1)

Диаграмма направленности – графическое изображение характеристики направленности в полярных (ортогональных) координатах.

Коэффициент направленного действия – показывает во сколько раз мощность, которую может отдать в нагрузку согласованная антенна при приеме со стороны максимума главного лепестка диаграммы направленности больше мощности, которую может отдать в нагрузку эталонная согласованная антенна.

Действующая высота (длина) антенны – параметр, позволяющий по известной напряженности поля определять ЭДС на зажимах антенны.

Эффективная поверхность антенны – параметр, позволяющий по известной напряженности поля определять мощность, отдаваемую согласованной антенной в нагрузку.

При наличии в фидере и бегущей и отраженной волны их взаимодействие приводит к появлению стоячей волны, когда в определенных сечениях фидера амплитуда сигнала имеет максимумы Umax (пучности), а в других — минимумы Umin (узлы). Часто используют понятия коэффициента бегущей волны

KБB=Umin/Umax (2)

и коэффициента стоячей волны

KCB=Umax/Umin. (3)

Поэтому КСВ=1/КБВ.

Если КБВ может изменяться от 0 при полностью стоячей волне до 1 при полностью бегущей волне, то КСВ изменяется от 1 до бесконечности.

Зависимости КБВ и КСВ от коэффициента отражения р, выражаются формулами:

КБВ = (1-р)/(1+р), (4)

КСВ = (1+р)/(1-р) . (5)

При появлении отраженной волны мощность сигнала, поступающая на вход приемника, уменьшается, поэтому целесообразно иметь возможность оценить, насколько падает мощность сигнала на входе при рассогласовании фидера с ним.

Р/ Р мак = (4* КБВ)/(КБВ+1)² (6)

При рассогласовании антенны и фидера часть энергии принятого антенной сигнала не поступит в фидер, а отразится от него и будет излучена антенной обратно в пространство.

При слабом сигнале в условиях дальнего приема пренебрегать потерей части сигнала не следует и вопросам согласования антенны с фидером необходимо посвятить значительную часть работы, так как согласование достигается значительно проще и дешевле, чем увеличение коэффициента усиления антенны.

Коэффициент защитного действия (КЗД) характеризует способность не принимать сигнал с «заднего» направления. КЗД выражается отношением мощности сигнала, принятого с главного направления, к мощности сигнала, принятого с заднего направления, при одинаковой напряженности поля обоих сигналов.

Основными разновидностями направленных антенн являются антенны типа «волновой канал» и логопериодические. Наибольшее распространение получили первые. Они обладают большим усилением и просты в изготовлении. Логопериодические антенны более сложны и дороги, однако они имеют большую полосу частот и не требуют дополнительной настройки.

Антенна типа «волновой канал» состоит из активного вибратора (обычно это петлевой вибратор) к которому подключен кабель снижения, рефлектора и ряда директоров, расположенных на общей несущей стреле параллельно друг другу.

Длина рефлектора и его расстояние до активного вибратора подобраны таким образом, что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в обратном направлении и усиливает его в прямом направлении. Рефлектор является своеобразным отражателем, обеспечивающим формирование однонаправленной характеристики излучения (приема). Нередко в качестве рефлектора используется система вибраторов или сетка. Усилению излучения в прямом направлении способствуют директоры, которые возбуждаются, как и рефлектор, под воздействием излучения активного вибратора. Следовательно, усиление антенны тем больше, чем больше у нее директоров. Однако чем больше количество директоров в антенне, тем меньше сказывается на ее усилении добавление каждого нового директора и тем сложнее добиться согласованной работы всех директоров. Одновременно это ведет к сужению полосы пропускания антенны.

Антенны типа «Волновой канал» получили наибольшее распространение, как в системах коллективного телевизионного приема, так и в индивидуальном приеме. Они обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах.

В зарубежной литературе антенну «Волновой канал» называют антенной Уда-Яги - по имени впервые описавших ее японских изобретателей.

В диапазоне УКВ (с 6-го и выше) телеканала (с 2 м-го диапазона) расчет антенны производят по приближенным формулам (сопротивление антенны – 240 Ом, усиление 6 - 7 дБ), в которых размеры указаны в миллиметрах, частота - в мегагерцах.

Длина рефлектора:

Lр = 149500 / f, (7)

где f – частота.

Расстояние вибратор-рефлектор:

Lвр = 62500 / f. (8)

Длина вибратора:

Lв = 142000 / f. (9)

Расстояние вибратор-директор:

Lвд = 55000 / f. (10)

Длина директора:

Lд = 135000 / f. (11)

Длина Т-образной схемы согласования:

Lт = 68900 / f. (12)

Для частоты 145 М Гц результаты расчета приведены на рисунке 1

Рисунок 1 – Трехэлементная антенна «Волновой канал»

Еще один вариант расчета антенны типа «Волновой канал» предлагается ниже.

Находят длину волны для определенной частоты (можно быстро посчитать ее в метрах как 300/ f , где частоту подставить в мегагерцах). Затем определяется резонансная длина вибратора по формуле

, (13)

где k – коэффициент укорочения, который определяется в зависимости от отношения длины волны к диаметру трубок d, т.е ( ) согласно рисунка 2

Рисунок 2 – коэффициент укорочения

Определяют длину рефлектора по формуле:

Lр = * 0,229+l. (14)

Длину директора определяют по формуле

Lд = - *0,1341. (15)

Расстояние вибратор-рефлектор:

Lвр = 0,157* . (16)

Расстояние вибратор-директор:

Lвд = 0,105* . (17)

Для согласования используют U колено, представляющее собой совокупность 2-х четвертьволновых трансформаторов и симметрирующей петли.

Длина четвертьволнового трансформатора рассчитывается как

, (18)

где  –длина волны;

– коэффициент, который зависит от свойств кабеля. Для кабеля марки РК-75 величина равняется 1,51.

Для симметрирующей петли ее длина рассчитывается по формуле

. (19)

Для сравнения расчетных данных приведем результаты расчета по трехэлементной антенне, изображенной на рисунке 3 и ее размеры для каналов (см. таблицу 1).

Рисунок 3 – Трехэлементная антенна «Волновой канал» с буквенным указанием размеров

При увеличении числа директоров уменьшается угол раствора главного лепестка диаграммы направленности и возрастает коэффициент усиления.

На телевизионных каналах с 1-го по 5-тый число элементов антенны «Волновой канал» не превышает 5-7, с 6-го по 12-тый – 8-10, а с 21 по 60-й – 15-18.

К достоинствам антенны типа «Волновой канал» можно отнести сравнительно высокое усиление при простоте конструкции.

К недостаткам этой антенны следует отнести сложность ее настройки при числе директоров более трех. Антенны, даже собранные по одному чертежу на одной и той же линии, оказываются настроенными по-разному и не допускают дополнительной настройки. Таким образом, реальное усиление такой антенны значительно ниже указанного (в среднем на 3—4 дБ). Кроме того, узкая полоса пропускания ведет к резкому снижению усиления в тех системах связи, где используют дуплексные частоты с большим разносом. Например, стандарт DAMPS использует частоты 824—840 и 869—894 МГц и использование антенны типа «Волновой канал», настроенной на середину этого диапазона, приводит к заметному ухудшению работы антенны на краях диапазона, то есть, на рабочих частотах. То же самое относится к стандартам GSM-900, GSM-1800.

Таблица 1 – Размеры элементов антенны

Телев. каналы	Размеры, мм
	А	В	С	а	b	s	Длина Uколена
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	2760 2340 1790 1620 1510 815 780 745 720 690 665 640	3350 2840 2200 2000 1830 990 950 905 870 840 805 780	2340 2000 1550 1400 1290 690 660 630 610 585 560 545	900 760 590 535 490 270 255 240 230 225 220 215	600 510 395 355 330 180 170 160 155 150 145 140	80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80	1900 1600 1240 1120 1030 560 535 515 495 475 455 440

Рамочные антенны - это приемные телевизионные антенны, конструкция которых выполнена в виде рамки.

Простейшая рамочная антенна представляет собой провод (трубку и другие профили), согнутый в виде квадрата, сторона которого приблизительно равна четверти длины волны.

Такой рамочный вибратор можно рассматривать как систему, состоящую из двух простых синфазных вибраторов, согнутых по краям.

Радиус закругления произвольный, но не должен превышать 1/10 стороны квадрата.

      В практике применяются двух- и трехэлементные рамочные антенны («Двойной квадрат» и «Тройной квадрат»).

Коэффициент усиления трехэлементной рамочной антенны составляет 14...15 дБ, что значительно превышает коэффициент усиления многоэлементных антенн типа «Волновой канал».

Двухэлементная рамочная антенна может использоваться на удалении от передатчика, равном примерно 70% от расстояния прямой видимости, а трехэлементная — вплоть до границы прямой видимости. Общий вид рамочной антенны представлен на рисунке 4

Рисунок 4 – Общий вид антенны «Двойной квадрат»

Такие антенны имеют большой коэффициент усиления по мощности – до 7 и широкую полосу пропускания. Согласование входного сопротивления (70-80 Ом) с фидером осуществляется использованием симметрирующего устройства в виде четвертьволнового отрезка кабеля. Для антенны, работающей в диапазоне 10-20 м волн, общая длина стороны двойного квадрата равняется (как показано на рисунке 5): 1* и рассчитывается по формуле в метрах:

= 292,5/ f, (20)

где f – частота в мегагерцах.

Рисунок 5 – Антенна «Двойной квадрат»

Для вычисления размеров антенны в диапазоне УКВ можно также использовать формулы, определяющие размеры в миллиметрах при подстановке частоты в мегагерцах:

Для излучателя – общую длину

и= 304635/f. (21)

Сторону квадрата по формуле

ки= 76150/f. (22)

Для рефлектора – общая длина

р= 334000/f. (23)

Сторона квадрата рефлектора определяется по формуле

кр= 83500/f. (24)

Расстояние излучатель – рефлектор (при входном сопротивлении 70 Ом) по формуле:

ир= 25720/f. (25)

При уменьшении расстояния между излучателем и рефлектором входное сопротивление уменьшается.

При принятом расстоянии между рамками, равном 0,18 * , длину сторон в метрах можно определить по формулам, подставляя частоту в мегагерцах:

ки= 78/f. (26)

кр= 93/f. (27)

Для сравнения результатов расчетов и полученных размеров антенны можно воспользоваться таблицей 2 (размеры согласно рисунка 4).

Таблица 2 – Размеры антенны «Двойной квадрат»

Размеры элементов, мм	Телевизионные каналы
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Р	1630	1370	1050	950	870	460	440	420	405	390	375	360
В	1450	1220	930	840	770	410	390	370	360	345	330	320
а	900	760	580	530	480	250	240	230	220	210	210	200
Н	4500	3800	2900	2600	2400	1280	1230	1180	1130	1090	1050	1000

Размер Н указывает разнос между антеннами в синфазной решетке по горизонтали и вертикали, равный средней длине волны канала. При необходимости, с целью уменьшения общих габаритов антенны, для каналов 1...5 разнос антенн Н можно уменьшить вдвое.

Широкополосный вибратор предназначен для работы в диапазоне дециметровых волн (см. рисунок 6). Из-за усиленного влияния краевого емкостного эффекта общая длина антенны равна

= 0,73* . (28)

Рисунок 6 – Широкополосный вибратор

Входное сопротивление такой антенны зависит от угла α как показано на рисунке 7.

Рисунок 7 – Зависимость входного сопротивления от угла раскрыва α

Двухэтажный широкополосный вибратор рассчитывается аналогичным способом (показан на рисунке 8).

Рисунок 8 – Двухэтажный широкополосный вибратор

Широкополосный вибратор можно разместить перед рефлекторной решеткой, чтобы обеспечить дополнительную фокусировку в вертикальном и горизонтальном направлениях (плоскостях). Если расстояние между рефлектором и диполем равняется 0,22 , то входное сопротивление не меняется, а усиление составит 10-11 дБ.

Зигзагообразная антенна применяется в диапазонах 1-5 каналов и с 6-го по 12-й. Размеры антенны указаны на рисунке 9.

Рисунок 9 – Зигзагообразная антенна

Сопротивление антенны 150-200 Ом. Для согласования с 75 - омным фидером требуется согласующее устройство в виде отрезка кабеля длиной

тр= 0,052 . (29)

Конструкция неполной зигзагообразной антенны с трансформатором согласования представлена на рисунке 3.10.

Рисунок 10 – Конструкция неполной зигзагообразной антенны

Логопериодические антенны — это один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности и постоянным усилением в широком диапазоне частот.

У такой антенны во всем диапазоне частот обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером. Логопериодическая антенна образована собирательной линией в виде 2-х труб, расположенных параллельно, к которым поочередно через один крепятся вибраторы.

Рабочая полоса частот антенны со стороны нижней частоты зависит от размеров наиболее длинных вибраторов, а со стороны верхней частоты — от размеров наиболее коротких вибраторов. Усиление антенны определяется количеством вибраторов, каждый из которых является активным. Следовательно, задав полосу частот (размеры максимального и минимального вибраторов), можно получить достаточно высокий коэффициент усиления во всем диапазоне за счет увеличения количества вибраторов (до 12 дБ). Логопериодические антенны хорошо работают в широкополосных системах связи: DAMPS, GSM-900, GSM-1800 и, конечно, в относительно узкополосных, например, в системе многостанционного доступа с кодовым разделением каналов CDMA (ширина полосы частот 1,5 МГц). Они не требуют дополнительной настройки, поскольку все вибраторы являются активными и расстроены один относительно другого на постоянную величину, являющуюся характеристикой антенны.

К недостаткам этой антенны можно отнести ее более сложную конструкцию и повышенную трудоемкость в изготовлении по сравнению с антенной типа «волновой канал».

Таким образом, в системах сотовой связи стандартов CDMA, DAMPS, GSM-900/ 1800 целесообразно применять логопериодические антенны с необходимым для каждого конкретного случая усилением. На границе зоны покрытия наиболее эффективны антенны типа «волновой канал», однако настройка этих антенн должна выполняться специалистом. Также следует обратить внимание на материал, из которого изготовлена антенна. На частотах 800—900 МГц, а тем более 1800 МГц, несколько лучший результат дает использование материалов с высокой проводимостью — таких, как медь, латунь. Это повышает добротность антенны и сводит к минимуму потери.

Антенна состоит из двухпроводной линии 1 и подключенной к ней линейных вибраторов 2 с последовательной переменой фазы питания на 180⁰. Коаксиальный кабель 3 протягивается через одну из трубок двухпроводной линии и подключается к антенне как показано на рисунке 11.

Рисунок 11 – Логопериодическая антенна

Размеры антенны при заданных электрических параметрах определяются периодом логопериодической структуры τ (чаще принимаемым 0,7), равным отношению длин любой пары рядом расположенных вибраторов (меньшего к большему), относительным расстоянием σ, равным отношению расстояния между любой парой вибраторов к удвоенной длине большего из вибраторов (0,13) и углом 2*α при вершине как показано на рисунке 12.

Рисунок 12 – Элементы логопериодической антенны

Расчет резонансной длины излучающих элементов производится по формулам

₁= 0,25 * макс, (30)

₂= τ * ₁, (31)

_n= τ * _n-1. (32)

Необходимо учитывать, что самый короткий элемент определяется соотношением:

_n= мин/3. (33)

Расстояния вдоль двухпроводной линии рассчитываются как:

d₁= σ*2 ₁, (34)

d₂= σ *2 ₂, (35)

d_n= σ *2 _n. (36)

С уменьшением угла при вершине, коэффициент усиления увеличивается и достигает 8 дБ (при угле в 50⁰) и 18 дБ (при угле, равном 10⁰).

Спиральная антенна отличается от других тем, что поле излучение имеет круговую поляризацию. Круговая поляризация имеет место, когда проводник наматывается в направлении излучения в виде спирали. Необходимо, чтобы общая длина в витке равнялась 1* , что соответствует диаметру витка:

D=0,39 . (37)

как показано на рисунке 13.

Рисунок 13 – Схематическое изображение спиральной антенны

Для расчета размеров антенны в сантиметрах используется частота, выраженная в мегагерцах, тогда

D= 9300/f. (38)

Длина проводника, образующего виток

L= D* 3,14. (39)

Угол подъема спирали может изменяться от 6 до 24 градусов. При этом величина S (при угле 14⁰) рассчитывается как

S = 7200/f. (40)

Диаметр рефлектора выбирают небольшим, но большим чем 0,5 . Чаще – удвоенному значению диаметра витка спиральной антенны, т.е. 0,62 .

Расстояние между рефлектором и началом спирали выбирают равным 0,13 или по отношению к частоте:

А= 3900/ f . (41)

Входное сопротивление почти активно и составляет 120-150 Ом, коэффициент усиления зависит от количества витков n, шага S, длины витка L и определяется по формуле

G=10 lg (L²S n *15). (42)

Антенна должна содержать не менее 3-х витков.

С помощью спиральных антенн можно принимать и излучать линейно-поляризованные электромагнитные волны. Для этого используют группу антенн с противоположной намоткой (левосторонней, правосторонней) и если эти две антенны располагаются рядом в горизонтальной плоскости, то поляризация – горизонтальная, если друг над другом в вертикальной плоскости – то вертикальная. Если имеют одну и ту же намотку, то поляризация остается круговой.

Согласование сопротивления с линией производится при применения четвертьволнового трансформатора с длиной, равной 0,24 как показано на рисунке 14.

Рисунок 14 – Согласование спиральной антенны

Контрольные вопросы и задания

1 Приведите классификацию антенн.

2 Приведите основные характеристики и параметры антенн.

3 Как связаны КСВ и КБВ?

4 Перечислите основные конструктивные особенности антенны «Волновой канал».

5 Какие достоинства и недостатки имеет антенна «Волновой канал»?

6 Приведите порядок расчета и его «модификации» для антенны «Волновой канал».

7 Для чего нужно учитывать коэффициент укорочения в расчетах?

8 Что такое симметрирующая петля, четвертьволновой трансформатор?

9 Какие основные параметры и характеристики имеет рамочная антенна?

10 Приведите и охарактеризуйте элементы конструкции рамочной антенны.

11 Приведите порядок расчета и его «модификации» для рамочной антенны.

12 Какие основные характеристики присущи широкополосному вибратору?

13 Как определяются размеры конструкции широкополосного вибратора?

14 Какие особенности имеет применение широкополосного вибратора как элемента сложной антенны?

15 какие конструктивные особенности имеет зигзагообразная антенна?

16 Как зигзагообразная антенна согласовывается с фидером?

17 Какие особенности в использовании имеют логопериодические антенны?

18 Перечислите положительные и отрицательные стороны логопериодической антенны.

19 Приведите элементы конструкции логопериодической антенны.

20 приведите порядок расчета элементов логопериодической антенны.

21 Что собой представляет спиральная антенна?

22 Каким образом можно изменить поляризацию при использовании спиральных антенн?

23 Приведите вариант конструкции и упрощенный расчет ее элементов.

24 От чего зависит коэффициент усиления спиральной антенны?

Примеры расчета параметров для различных типов антенн

3.4.1 Для передачи в КВ и УВК диапазонах используют трехэлементную антенну «Волновой канал». Для расчета ее элементов используют исходные данные таблицы 3.3 и последовательно выполняют действия:

1 Определяют среднюю частоту диапазона.

2 Определяют параметры антенны по формулам (3.7) - (3.12).

3 Проводят расчет параметров по другому варианту – по формулам (3.13)- (3.19).

4 Полученные результаты расчета по телевизионным каналам сравнивают с данными, приведенными в таблице 3.1.

5 Выполняют эскиз чертежа антенн с рассчитанными параметрами элементов конструкции (в масштабе).

6 Дают оценку полученным результатам.

Таблица 3.3 – Данные для расчета

Диапазон КВ,МГц; Номер канал ТВ	15,100 - 15,450	- 21,450 - 21,750	25,600 - 26,100	6 канал	9 канал	12 канал
Частоты базовых станций, М Гц	1805	1810	1820	1830	1860	1880

3.4.2 Для передачи в КВ и УВК диапазонах используют рамочную антенну «Двойной квадрат». Для расчета ее элементов используют исходные данные таблицы 3.4 и последовательно выполняют действия:

1 Определяют среднюю частоту диапазона (длину волны).

2 Определяют параметры антенны при расстоянии рефлектор-излучатель 0,4* , пользуясь формулой (3.20) и рисунком 3.5.

3 Проводят расчет параметров по другому варианту – по формулам (3.21)- (3.25).

4 Определяют параметры антенны при расстоянии рефлектор-излучатель 0,18* , пользуясь формулами (3.26), (3.27).

5 Полученные результаты сравнивают с данными, приведенными в таблице 3.2 (для расчета по телевизионным каналам).

6 Выполняют эскиз чертежа антенн с рассчитанными параметрами элементов конструкции (в масштабе).

7 Дают оценку полученным результатам.

Таблица 3.4 – Данные для расчета

Канал ТВ	1	2	3	4		5	6		7	8		9	10		11	12
Частота базовой станцииМ Гц	935	940	945	950		955	960		1805	1810		1820	1830		1860	1880
Диапазон КВ, М Гц	3,950 – 4,000		9,500 – 9,900		11,700 - 11,975			15,100 - 15,450			- 21,450 - 21,750			25,600 - 26,100

3.4.3 Для передачи в КВ и УВК диапазонах используют антенну «Широкополосный вибратор». Для расчета ее конструктивных элементов используют исходные данные таблицы 3.5 и последовательно выполняют действия:

1 Определяют среднюю частоту диапазона (длину волны).

2 Определяют параметры антенны, пользуясь формулой (3.28) и рисунком 3.6.

3 Определяют угол «раскрыва» для сопротивления 200 Ом, 400 Ом, 600 Ом (см. рисунок 3.7).

4 Определяют параметры антенны для двухэтажного широкополосного вибратора, воспользовавшись рисунком 3.8.

5 Выполняют эскиз чертежа антенны с рассчитанными параметрами элементов конструкции (в масштабе) при разнесении рефлектора и диполя 0,22 при сопротивлении 200 Ом.

6 Дают оценку полученным результатам.

Таблица 3.5 – Данные для расчета

Канал ТВ	21	22	23	24	26	28	30	32	34	36	38	40
Частота базовой станцииМ Гц	935	940	945	950	955	960	1805	1810	1820	1830	1860	1880

3.4.4 Для передачи в КВ и УВК диапазонах используют зигзагообразную антенну. Для расчета ее конструктивных элементов используют исходные данные таблицы 3.6 и последовательно выполняют действия:

1 Определяют среднюю частоту диапазона (длину волны).

2 Определяют параметры антенны, пользуясь рисунком 3.9.

3 Определяют параметры согласующего устройства по формуле (3.29).

4 Выполняют эскиз чертежа антенны с рассчитанными параметрами элементов конструкции (в масштабе).

5 Дают оценку полученным результатам.

Таблица 3.6 – Данные для расчета

Канал ТВ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

3.4.5 Для передачи в КВ и УВК диапазонах используют логопериодическую антенну. Для расчета ее элементов используют исходные данные таблицы 3.7 и последовательно выполняют действия:

1 Определяют среднюю частоту диапазона (длину волны).

2 Определяют параметры антенны, пользуясь формулами (3.30) - (3.32), (3.34) - (3.36) и рисунком 3.12, τ принимают равным 0,7; σ равным 0,13.

3 Расчет вести, добиваясь выполнения условия (3.33).

4 Выполняют эскиз чертежа антенны с рассчитанными параметрами элементов конструкции (в масштабе), измеряют (по чертежу) угол 2*α .

6 Дают оценку полученным результатам.

Таблица 3.7 – Данные для расчета

Канал ТВ	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Частота базовой станцииМ Гц	935	940	945	950	955	960	1805	1810	1820	1830	1860	1880

3.4.6 Для передачи в КВ и УВК диапазонах используют спиральную антенну. Для расчета ее элементов используют исходные данные таблицы 3.8 и последовательно выполняют действия:

1 Определяют среднюю частоту диапазона (длину волны).

2 Определяют параметры антенны, пользуясь формулой (3.37) и рисунком 3.13.

3 Задавшись частотой провести расчет по формулам (3.38)-(3.41), считая угол подъема - 14⁰ .

4 Принимая во внимание количество витков антенны (см. табл. 3.8), рассчитывают коэффициент усиления по формуле (3.42).

5 Рассчитывают согласующий элемент, пользуясь рисунком 3.14.

6 Выполняют эскиз чертежа антенны с рассчитанными параметрами элементов конструкции (в масштабе).

7 Дают оценку полученным результатам.

Таблица 3.8 – Данные для расчета

Канал ТВ	1	3	5	6	12	21	32	34	36	38	40	42
Частота базовой станцииМ Гц	935	940	945	950	955	960	1805	1810	1820	1830	1860	1880