АФУ_Экзамен

В горизонтальной плоскости диаграмма направленности антенны «Наклонный луч» по форме приближается к эллипсу, максимум излучения направлен в сторону противовеса.

Рамочная антенна

В простейшем случае рамочная антенна представляет собой плоский виток провода

прямоугольной формы с осью вращения ОО’, совпадающей с осью симметрии рамки. Является закрытой с направленными свойствами.

Пусть антенна расположена в вертикальной плоскости и пересекается вертикально поляризованной волной, имеющей направление распространения, которое образует <φ с плоскостью рамки. Из-за вертикальной поляризации ЭДС индуцируется только в вертикальных проводах (ab и cd). Сначала волна достигает cd. ЭДС в нём: =sin . Затем волна достигает ab с отставанием по фазе (разность хода волн) на угол

( cos ). = sin( − cos )

Провода ab и cd соединены последовательно, их ЭДС действуют навстречу друг другу, тогда результирующее ЭДС:

комбинацию из рамочной (направленной) антенны и вертикального стержня (ненаправленного вибратора).

ДН кардиоидной антенны получим графическим путем:

Если алгебраически сложить радиус окружности и радиус-вектор, диаграммы, имеющей форму «8», то получим кардиоиду «3». Кардиоидная антенна имеет более тупой минимум, чем рамочная. Это создает преимущество в возможности подавления помех, имеющих направление близкое к направлению принимаемого сигнала, не ослабляя его интенсивность, а для пеленгационных антенн тупой минимум кардиоиды является недостатком.

Для получения ДН большой круг складывается с верхней частью восьмерки, а затем из него вычитается нижняя часть.

11. Рефлекторы. Активный рефлектор

Рефлектор – провод или система проводов, размещаемая сзади вибратора и концентрирующая излучение антенны в одном направлении. Применяется для достижения однонаправленности. Различают активный и пассивный рефлекторы.

К активному рефлектору энергия подводится от источника, питающего основной вибратор. К пассивному рефлектору питание не подводится, а ток в рефлекторе возбуждается полем антенны.

Активный рефлектор Р помещают на расстоянии d = λ⁄4 от антенны А. Ток IP в

рефлекторе по амплитуде должен быть равен току IА в антенне, а по фазе опережать IА на 900. Для такой пары вибраторов ДН в вертикальной плоскости можно найти, используя формулу, полученную при рассмотрении системы вибраторов:

n

sin(2 ∙ (β ∙ d ∙ cos θ − φ))

1

sin(2 ∙ (β ∙ d ∙ cos θ − φ))

В данном случае n = 2; φ = π⁄2 ; d = λ⁄4 ; β = 2π⁄λ.

После подстановки и упрощения получаем формулу:

π

f(θ) = 2 cos(4 ∙ (1 − cos θ))

Максимум получается при θ = 0, минимум – при θ = π. ДН имеет вид:

Отсутствие излучения в сторону рефлектора объясняется тем, что в этом направлении распространяются противофазные поля, компенсирующие друг друга, а в направлении θ = 0 величина поля удваивается вследствие синфазности полей от антенны и рефлектора. В горизонтальной плоскости, в которой располагаются вибраторы, ДН также имеет однонаправленные свойства.

12. Рефлекторы. Пассивный рефлектор

Рефлектор – провод или система проводов, размещаемая на определенном расстоянии от вибратора и концентрирующая излучение антенны в одном направлении. Различают активный и пассивный рефлекторы.

Кпассивному рефлектору питание не подводится, а ток возбуждается полем антенны.

Кактивному рефлектору энергия высокой частоты от передатчика подводится с помощью фидера.

Пассивный рефлектор представляет собой провод, помещенный от антенны на расстоянии

λ\4.

Длину рефлектора берут несколько больше половины длины волны (больше вибратора), поэтому сопротивление рефлектора носит индуктивный характер. Действие пассивного рефлектора объясним с помощью векторной диаграммы:

Магнитный поток Фв, создаваемый током Iа при распространеии до рефлектора отстаёт по фазе от Iа на π\2 .Эдс Е, индуктируемая в рефлекторе, в свою очередь, отстает по фазе на π\2 от магнитного потока Фв.

Поскольку сопротивление рефлектора индуктивно, то ток Iр в рефлекторе отстает от ЭДС на π\2. В результате, как видно из диаграммы, ток Iр опережает ток Iа на π\2, а при таком соотношении фаз токов излучение в сторону рефлектора отсутствует.

Чтобы достигнуть равенства амплитуд токов Iа и Iр, расстояние между активным вибратором и рефлектором выбирают чуть меньше λ\4.

Выводы:

1)Сужения ДН можно достичь увеличением длины вибратора от λ\4 до максимально 1,25

λ.

2)Сужения можно добиться выбором высоты подвеса вибратора.

3)Сужения можно добиться увеличением кол-ва вибраторов, которые объединены в решётку. Различают решётки: линейная, плоская, объёмная.

13.Ромбическая антенна

Вее основе лежит провод, обтекаемый бегущей волной тока. Ромбическая антенна представляет собой 4 провода, установленных в горизонтальной плоскости в виде ромба.

Она может работать в широком диапазоне частот. Передатчик подключается к началу проводов антенны. Концы проводов нагружены на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению антенны, в результате чего в проводах ромбической антенны устанавливается режим бегущей волны. Ромбическая антенна подвешивается на небольшой высоте ≈ λ. Каждый из 4 проводов создаёт излучение, максимум которого направлен под некоторым углом φ1 к оси провода.

Ромбическая горизонтальная антенна имеет обозначение РГ φl′ h′

– половина тупого угла антенны, = 90 − ;

l′ = / 0 – нормированная длинна одного провода;

h′ – нормированная высота подвеса антенны над землей.

Если 4 провода антенны соединены в форме ромба так, что каждая его сторона образует с большой диагональю угол, равный θmax, то заштрихованные на рисунке лепестки ДН всех проводов будут ориентированы в направлении большой диагонали ромба. Поэтому суммарная ДН имеет максимум в направлении оси антенны.

Ромбическая антенна сохраняет свои свойства в широком диапазоне волн. В антенне нет перенапряжений элементов из-за наличия стоячих волн, что позволяет упростить конструкцию или увеличить мощность излучения.

Минусы антенны – наличие ненужных боковых лепестков, из-за чего КПД составляет около 50%.

ДН определяется функцией:

Если выбрать длину плеча l > 5λ, то φ1 практически не будет меняться. Т.е. антенна применима в широком диапазоне частот.

14. Антенны ультракоротких волн. Антенна типа «волновой канал».

Особенности антенн УКВ:

1) КНД антенн может быть очень высок, достигая на сантиметровых волнах сотен тысяч, т.к. размеры антенн по отношению к длине волны в этом диапазоне нетрудно выполнить большими;

2)Для увеличения дальности связи антенны необходимо располагать на большой высоте, поэтому они должны обладать высокой механической прочностью, лёгкостью, малой парусностью;

3)При передаче широкополосных сигналов антенны должны сохранять свои параметры неизменными во всей полосе частот;

Антенна типа «волновой канал» (директорная антенна)

Антенна состоит из активного (т.е. запитанного от передатчика или подключенного ко входу приёмника) вибратора А и нескольких пассивных. С помощью пассивного рефлектора Р создаётся односторонняя направленность излучения. В направлении макс. излучения (оси х) устанавливают несколько пассивных вибраторов Д – директоров.

Действие пассивного рефлектора в антенне типа «волновой канал» подобно действию рефлектора синфазной горизонтальной антенны. Действие пассивного директора рассмотрим для упрощённой модели, не учитывающей ряда факторов.

Пассивный директор Д1 расположен от активного вибратора А на расстоянии в четверть

распространении до директора Д1 отстаёт по фазе от ̅А на угол π/2. ЭДС, индуктируемая

в Д1, сдвинута по фазе от ̅̅̅̅ также на угол /2 в сторону отставания. Длину директора Д1

ФА π

выбирают менее λ/2, поэтому его входное сопротивление носит емкостной характер, из-за чего ток Д опережает по фазе Е на угол π/2. В результате ток в директоре отстаёт от тока

А на угол π/2. Как известно, для такого соотношения фаз токов при равных амплитудах излучение оказывается однонаправленным в сторону Д1. Однако на практике ситуация отличается, т.к.: 1) токи в А и Д1 не равны; 2) в зоне, где находится пассивный вибратор, поля индукции и излучения сравнимы по величине, и необходимо учитывать обе составляющие поля. Поэтому для получения хорошей направленности и относительно слабого заднего и бокового излучения расстояние между А и директором следует выбирать несколько меньше – в пределах 0,1-0,15λ. Между вибратором А и рефлектором

– 0,15-0,2λ. В зависимости от требуемой степени направленности антенны число директоров выбирают от 3 до 10. При большем количестве падает диапазонность.

Недостатком антенны типа «волновой канал» с большим числом директоров является трудоёмкость её регулировки и настройки, т.к. ДН очень критична к изменению местоположения и длины каждого директора.

Размер рефлектора чуть больше размера вибратора, а размеры директоров чуть меньше каждого следующего.

Часто в качестве активного вибратора применяют петлевой или шлейф-вибратор. Направление токов в КЗ-отрезке линии длиной 0,5λ показано на следующих рисунках:

Благодаря тому, что отрезок линии свёрнут, как показано на 2 рисунке, получаются 2 параллельных полуволновых вибратора, токи в которых протекают в одном направлении. Расстояние между вибраторами делают малым, поэтому такую антенну можно рассматривать как один вибратор с двойным током. Излучаемая такой антенной мощность равна:

∑ = 0,5(2 2) ∑1 = 0,5 2 ∑, где ∑ = 4 ∑1.

Таким образом, сопротивление излучения петлевого вибратора оказывается в 4 раза больше сопротивления излучения обычного вибратора. Входное сопротивление также становится больше, что в ряде случаев облегчает условия его согласования с волновым сопротивлением питающего фидера. Антенна типа «волновой канал» в основном применяется в МВ и дециМВ диапазонах. В РЖД — АСН-1, АСН-2.

15. Рупорные антенны

Простейшей антенной рупорного типа является открытый конец волновода.

Волновое сопротивление волновода не равно волновому сопротивлению свободного пространства (120π=377 Ом). Поэтому в волноводе возникают стоячие волны, и

излучаемая мощность падает. Если для части волновода близкой к концу плавно