5.2.1. Кількісні дослідження неперервних ар .
При кількісному дослідженні ШГП та КСД множника неперервних АР доцільно виділити окремі варіанти: поперечне, нахилене та поздовжнє випромінювання.
Поперечне випромінювання. Результати дослідження ШГП для поперечного випромінювання (Додаток 5.2) становлять
2vd0 = 115/Ln, град - ШГП на рівні нульової потужності (5.18,а)
2vd0.5 = 51/Ln, град - ШГП на рівні половинної потужності (5.18,б)
де vd =π/2-v – кут, що відраховується від нормалі до осі АР.
Отже, ШГП обернено пропорційна до нормованої довжини неперервної АР.
Орієнтація бокових пелюстків визначається залежністю (5.17). Підставляючи значення (5.17,а) в залежність (5.8) отримаємо рівень бокових пелюстків
Fбок =2/((2m+1)π) m= 1, 2, … (5.19)
Отже, рівень першого (m=1) бокового пелюстка найбільший та становить 0.212, що співпадає з результатами, приведеними на рис. 5.11 та рис.5.12.
КСД у випадку поперечного випромінювання становить
D0 ≈ 2Ln (5.20)
Отже, КСД для множника АР у випадку поперечного випромінювання пропорційний довжині АР.
Нахилене випромінювання. Нахилене випромінювання характеризується напрямком головного пелюстка vбок (5.17). Довжину Lбок неперервної АР, у випадку бокового випромінювання, необхідно перетворити в допоміжну довжину
Lбок.д = Lбоксos(vгол) (5.21)
Далі, прийнявши Lбок.д = Ln , можна використовувати залежності (5.18,а,б), (5.20) з метою визначення ШГП та КСД для АР нахиленого випромінювання.
Поздовжне випромінювання. Досі розглядались лише випадки поздовжнього випромінювання коли hn=1 (5.11,б). Але поздовжне випромінювання може забезпечуватись також у випадку коли hn>1. Тому при аналізі множника АР у випадку поздовжнього випромінювання доцільно розглядати два варіанти: hn=1 та
hn>1.
Варіант hn=1. При hn=1 та великій довжині антени осьового випромінювання ШГП на нульовому рівні визначається
2v0 =161.6/(Ln^(1/2) (5.22)
Порівнюючи залежності (5.18,а та (5.22) можна зробити важливий висновок:
у випадку осьового випромінювання ШГП більша (при одинакових значеннях Ln) порівняно з поперечним випромінюванням;
збільшення довжини антени привидить до більш повільного зменшення ШГП, порівняно з випадком поперечного випромінювання.
Також при великій довжині антени КСД визначається наступним чином
D0 ≈ 4Ln (5.23)
Порівнюючи залежності (5.20) та (5.23) також можна зробити важливий висновок: КСД у випадку поздовжнього випромінювання в два рази більший, порівняно з поперечним випромінюванням. Це можна вважати значною перевагою АР поздовжного випромінювання. Отриманий ефект пояснюється тим, що у випадку АР поздовжнього випромінювання в даному напрямку додається енергія за рахунок її відсутності (рис.5.8) в інших напрямках. У випадку поперечного випромінювання в одній з головний площин (рис.5.8) ДС являється круговою, що спричинює зменшення КСД.
До одного з основних параметрів антен, який при проектуванні необхідно забезпечити максимальним (що забезпечує збільшення віддалі зв'язку) , належить КСД. Виявляється, що у випадку поздовжнього випромінювання при hn>1 КСД можна значно (майже в 2 рази) збільшити, порівняно з варіантом при hn=1.
Варіант hn>1. В даному випадку максимальне значення КСД становить
D0 ≈ 7.2Ln (5.24)
Для виконання співвідношення (5.24) необхідно забезпечити оптимальне значення
hnопт ≈ 1 +1/(2Ln) - при заданому значенні Ln (5.25,a)
Lnопт ≈ 1/(2(hn-1)) - при заданому значенні Ln (5.25,б)
Ширина головного пелюстка. Залежність ШГП множника АР від зміни її параметрів зручно досліджувати використовуючи комбіновані просторові ДС в прямокутній системі
Рис.5.15. Комбінована ДС за напруженістю поля множника дискретної АР (при dn=0.5) її перетин площиною Fm=0.7 та проекція перетину на площину XOY
В табл. 5.1 приведені результати визначення ШГП (при dn=0.5, hn=0) на основі даних (рис.5.15) та залежності ( 5.18,б) при забезпені умови еквівалентності (5.15).
Результати визначення ШГП Таблиця5.1
|
N |
ШГП (рис.5.15) |
ШГП (5.18,б) |
Примітка |
|
2 |
55o |
51/1=51o |
Ln=1 |
|
16 |
7o |
51/8=6.4o |
Ln=8 |
Отже, похибка визначення ШГП згідно залежності (5.18,б) не перевищує 10%.
Але дискретна АР поперечного випромінювання може використовуватись до значень dn < 1 (5.13), коли наявний лише один головний пелюсток, але еквівалентність обох типів АР не забезпечується.
Рис.5.15. Комбінована ДС за напруженістю поля множника дискретної АР (при dn=0.5) її перетин площиною Fm=0.7 та проекція перетину на площину XOY
В даному випадку ШГП, орієнтовно, становить: 30o – при N=2 та 3o – при N=16, що в два рази менше порівняно з результатами (табл.5.1).
Отже, при невиконанні умови еквівалентності (дискретної та неперервної АР) необхідно визначати значення ШГП для кожного конкретного випадку, що зручно здійснювати на базі лістингу ant_5.2.
КНД. Порівнюючи дані (рис.6.26 та рис.6.36) видно, що у випадку АР поздовжнього випромінювання можна майже в 4 рази більше значення КНД, порівняно з АР поперечного випромінювання. Основною причиною являється те , що для АР поздовжнього випромінювання напрям головного пелюстка в зосереджений тільки в одному напрямку, а в АР поперечного випромінювання – напрям головного пелюстка являється круговим.
Визначення КНД для АР поздовжнього випромінювання являється дещо складнішим. Причиною являється те , що в АР забезпечується поздовжне випромінювання не тільки у випадку hn=1, а також при hn>1.
При hn>1 границя області дійсних кутів (6.20,а) uмакс=πNdn[1-hn] розміщена так, що uмакс <0
Рис.6.40. Множник неперервної АР у випадку hn>1
Для АР поздовжнього випромінювання у випадку hn>1 діють два взаємопротилежні фактори. З однієї сторони, як видно з рис.6.40, максимальне значення множника системи ( на відміну від випадку hn≤1) менше одиниці. Але абсолютний рівень бокових пелюстків при цьому не змінюється, що приводить до збільшення відносного рівня бокових пелюстків . Отже, при подальшому збільшенні значення hn (у випадку hn>1) відносний рівень бокових пелюстків продовжує зростати, що приводить до КНД. З іншої сторони (рис.6.40), при подальшому збільшенні значення hn (у випадку hn>1) ШГП зменшується, що приводить до збільшення КНД.
Таким чином, для кожного значення довжини антени повинно бути наявне оптимальне значення hn опт (у випадку hn>1), при якому КНД являється максимальним. Як показано в Додатку 2 значення hn опт визначається на основі умови
2πLn(hn опт-1) ≈π (6.33)
На основі залежності (6.33) значення hn опт визначається з умови, приведеної на рис.6.36. Якщо значення hn задане, то оптимальна довжина АР Ln опт визначається також з умови (рис.6.36)
Як показано в Додатку 2 для АР нахиленого випромінювання можна використовувати залежності, справедливі для АР поперечного випромінювання при умові заміни довжини реальної АР на її еквівалентну довжину, яка визначається з умови
Ln екв = Lnsin(v) (6.34)