Первый этап. Определение диапазона возможных значений основных геометрических размеров элементов, составляющих линейку.

1. 1 Выбор размеров симметричного вибратора.

Основным элементом антенны базовой станции является симметричный вибратор. Его эскиз с указанием геометрических размеров приведен на рис.7. Симметричный вибратор представляет собой два идеально проводящих цилиндрических проводника одинаковой длины l/2 и диаметром а (рис. 7). Эти проводники носят название плеч симметричного вибратора.

Питание симметричного вибратора осуществляется со стороны торцов плеч, обращенных к центру системы координат – точке О.

Поле излучения в дальней зоне определяется в сферической системе координат с центром в точке О , началом и направлением отсчета углов θ, соответствующим рис. 7. Единственная составляющая напряженности электрического поля определяется выражением [ 2 ]:

(7).

Рис.6

Здесь:

I₀ – комплексная амплитуда тока в точках подключения питания (в точках, соответствующих торцам плеч, обращенным к центру сферической системы О);

k – волновое число, определяемое формулой

(8);

 -длина волны.

Для дальнейшего анализа удобно ввести безразмерный параметр l_n, имеющий смысл нормированной длины симметричного вибратора:

(9).

Нормированные на максимальное значение функции, определяющие диаграммы направленности симметричного вибратора плоскостях Е и Н определяются следующими выражениями:

для плоскости Е (10),

f_Н() = 1 для плоскости Н (11).

На первом этапе курсового проектирования необходимо исследовать характеристики направленности симметричного вибратора и определить диапазон возможных значений параметра l_n.

Диапазон изменения параметра l_n выбираем таким образом, чтобы на диаграмме направленности симметричного вибратора в плоскости Е имелось бы только два лепестка ориентированных в направлении θ_max =0⁰ и θ_max =180⁰.

Для каждого выбранного в процессе анализа значения параметра l_n определим ширину главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности Δθ_0.5.

Рис.7

Рис.8

Значения ширины главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности Δθ_0.5:

	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7
, град	88.42	82.68	73.52	60.92	47.88	35.7	24.36

Построим зависимость Δθ_0.5(l_n).

Рис.9

1.2. Выбор расстояния между вибратором и экраном.

Симметричный вибратор, характеристики направленности которого анализировались в предыдущем разделе, не обеспечивает однонаправленного излучения. Для получения диаграммы направленности с единственным главным лепестком используется плоский металлический экран –контррефлетор. Задача экрана – переотразить волну падающую на него в сторону симметричного вибратора. Параметры такой антенной системы определяются расстоянием d между вибратором и контррефлектором.

В первом приближении анализ поля излучения такой антенной системы проводится с учетом следующих упрощающих допущений:

-полагается, что экран представляет собой бесконечную плоскость параллельную плечам симметричного вибратора

-экран полагается идеально проводящим.

Рис. 10.

Тогда анализ поля излучения можно проводить с использованием метода зеркальных отображений. Реальная антенная система, состоящая из вибратора и расположенного на расстоянии d экрана (рис. 10.) заменяется системой двух одинаковых вибраторов, разнесенных на расстояние 2d. Токи, питающие эти вибраторы, сдвинуты по фазе на угол .

Для дальнейшего анализа вводится безразмерный параметр d_n, имеющий смысл нормированного расстояния между экраном и симметричным вибратором:

; (13).

Рис.11

Ненормированные функции, определяющие диаграммы направленности симметричного вибратора с плоским экраном в плоскостях Е и Н определяются следующими выражениями:

(14);

(15).

Выражения (14) и (15) позволяют провести численное исследование характеристик направленности системы симметричного вибратора и экрана и определить диапазон возможных значений параметра d_n. Следует отметить, что диаграмма направленности в плоскости Е зависит не только от d_n, но и от нормированной длины плеча l_n.

a)

б)

в)

г)

д)

Рис.12

Значения ширины главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности Δθ_0.5:

		, град	, град
	0.1	65.22	90.44
	0.3	57.2
	0.5	42.3
	0.1	68.66	99.6
	0.3	60.64
	0.5	43.46
	0.1	78.98	119.08
	0.3	68.66
	0.5	46.9
	0.1	104.18	138.56
	0.3	91.58
	0.5	57.2
	0.1	123.66	147.74
	0.3	117.94
	0.5	88.14

Построим зависимости Δθ_0.5(d_n)и Δφ_0.5(d_n)для плоскостей Е и Н:

Рис.13

Рис.14

Определим диапазон допустимых значений нормированного расстояния между экраном и симметричным вибратором по заданному значению минимальной ширины диаграммы направленности в соответствующей плоскости: