Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ:  Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия ЭкологияТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву 
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Розрахунок параметрів антени на нижнійСодержание книги
Поиск на нашем сайте
Вихідні дані Варіант виконання №55 Варіант антени – Симетричний диполь з стрічок (пластин) шириною 100мм Резонансна частота Діапазон робочих частот Потужність що підводиться Протяжність радіо траси, км 3500
Загальні відомості. Антени – радіотехнічні пристрої, призначені для перетворення енергії зв’язаних електромагнітних коливань (замкнених в електричних колах) в енергію вільних електромагнітних коливань (випромінених в простір) і навпаки. Випромінювання у вільний простір обумовлене неекранованими коливаннями напруженості електричного і пов’язаного з ним магнітного полів, створених коливаннями електричного заряду. При поглинанні (прийманні) електромагнітних хвиль процеси мають зворотний характер. Вібратор – випромінювач (збирач) електромагнітної енергії у вигляді відрізка дроту, довжина якого є спів розмірною з довжиною хвилі. У більш широкому розумінні - це випромінювач електричного або магнітного типу (штир, щілина).
Поширення набули півхвильові симетричні одно вібраторні антени завдяки відсутності бічних пелюсток діаграми напрямленості та простоті конструкції. Симетричним вібратором називають прямолінійний стержень (провід), у якого струми в перерізах, що знаходяться на однакових відстанях від середини стержня, рівні по величині і по фазі. Для виконання цієї умови необхідно, щоб вібратор був симетричний відносно площини, що проходить через його середину перпендикулярно його осі, симетричні ділянки знаходились в однакових умовах відносно маси, і вібратор збуджувався симетрично. ДН тонкого проводу довжиною 2l розташованого вздовж осі z може бути визначена за допомогою слідкуючої формули:
де З (1) слідує, що ДН залежить від кута Для симетричних вібраторів розподіл струму достатньо точно описується формулою
де Вид функції розподілу струму залежить від відношення довжини вібратора Амплітуда поля симетричного вібратора в вільному просторі, В/м, рівна:
а ДН описується формулою
де А – нормуючий множник. Просторові ДН отримуються шляхом обертання зображених
Більше розповсюдження отримали півхвилоьві вібратори
Діюча довжина симетричного вібратора з синусоїдальним розподілом струму, віднесена до струму на його клемах, на основі формули
рівна
Для півхвильового вібратора
Опір випромінювання дуже тонкого симетричного вібратора, віднесеного до струму в пучності, не залежить від діаметра проводу вібратора і рівний
 (9)
де
Крім активного опору випромінювання вібратор володіє реактивним опором, який залежить як від довжини, так і від діаметра вібратора:
Графік залежності
Діаграма напрямленості вертикальної антени у випадку ідеальної і реальної землі суттєво відрізняється (рис. 1.):
Рис. 1.
Рис. 2. Як видно з діаграм горизонтальної антени з Для практичних розрахунків антен довільної довжини можна використати графік (рис. 3).
Рис. 3
Після підстановки значення струму IA в точках живлення симетричного вібратора для z = 0 одержується:
Зауваження: При l = l/2 одержується некоректний результат стосовно вхідного опору хвильового вібратора (RA = ¥). Даний вираз отримано для синусоїдного розподілу струму в антені, що не зовсім правильно. Отже, формулу можна використовувати для наближених обчислень при l <l/2. Для півхвильового вібратора (l = l/4) активна частина вхідного опору становить:
Для короткого симетричного вібратора шляхом підстановки одержується спрощений вираз для розрахунку вхідного опору:
Аналіз цього виразу показує, що, враховуючи реальні значення опору втрат, дуже коротка в порівнянні з l антена не може працювати ефективно. Знання величини опору випромінювання та діючої висоти достатнє для визначення коефіцієнта напрямленої дії антени:
При деяких значеннях l /l реактивна складова повного вхідного опору XА = 0. Ці відносні довжини відповідають резонансним хвилям антени. Найдовшу з резонансних хвиль (найнижчу резонансну частоту) називають основною або першою гармонікою. Для тонкого симетричного вібратора 1-й резонанс наступає при l =l/4 (півхвильовий вібратор). Тобто основна хвиля півхвильового вібратора lосн = 4 l. При роботі на такій хвилі реактивна складова вхідного опору XA = 0, а активна складова опору RA низька і складає 73,1 Ом. Умовно кажуть, що півхвильовий вібратор потрібно живити струмом. Наступний резонанс наступає при відносній довжині плеча вібратора l =l/2. При цьому вхідний опір вібратора високий і істотною мірою залежить від його хвильового опору. Умовно кажуть, що в такому разі потрібно живити антену напругою. Як видно з графіка, зі зменшенням хвильового опору швидкість зростання реактивної складової вхідного опору при відхиленні від резонансних частот знижується. Отже, простіше узгодити фідер з антеною в широкому діапазоні частот, якщо антена “товста”, оскільки при цьому зменшується її хвильовий опір.
Рис. 4 Досліди і теорія показують, що вхідний опір точно півхвильової антени не є суто активним, як випливає з наближених формул, і насправді для тонкого вібратора становить:
Для того, щоб вхідний опір вібратора став суто активним, його необхідно дещо вкоротити в порівнянні з півхвильовим. Потрібне вкорочення залежить від відносної товщини вібратора l/d, де d - діаметр провідника вібратора (рис. 5). Вкорочення однохвильового вібратора для зведення реактивної складової його вхідного опору до нуля повинно бути більшим, ніж півхвильового.
Рис 5. Антенним фідером називається пристрій для передачі високочастотної енергії від передавача до антени, або від антени до приймача. Вимоги, що висуваються до фідера: 1) Мінімальні втрати енергії високочастотних коливань на нагрів провідників й діелектриків, а також на випромінювання. 2) Відсутність антенного ефекту, тобто сам фідер не має випромінювати та приймати електромагнітні хвилі. 3) Відсутність впливу на частоту настройки вихідного контура передавача, або вхідного контура приймача. 4) Можливість передачі заданої потужності високочастотних коливань. 5) Стабільність електричних параметрів і механічна надійність. Меншим антенним ефектом володіють двопровідні лінії (рис. 6). Мідні або біметалеві провідники двопровідної лінії діапазону декаметрових хвиль вибираються діаметром 3-6 мм і розташовуються на відстані 20-40 см. Хвильовий опір двопровідного фідера становить:
 
Чотирипровідна лінія пониженого хвильового опору, поперечний переріз якої показано на рис. 7, складається зі з’єднаних попарно чотирьох провідників. Її хвильовий опір можна обчислити за формулою:
Незначним антенним ефектом володіє чотирипровідна лінія з діагонально з’єднаними провідниками (рис. 8). При розташуванні провідників лінії у вершинах квадрата її хвильовий опір становить:
 
Екранований фідер у вигляді лінії концентричного типу (коаксіальний кабель) практично вільний від антенного ефекту, захищений від атмосферних впливів і зручний для монтажу. Поперечний переріз коаксіальної лінії показано на рис. 8, а її хвильовий опір розраховується за формулою (24):
Для кабеля із суцільною ізоляцією А=1 і тому Для практики корисно нагадати наступні співвідношення:
Втрати енергії у фідері залежать не тільки від його конструкціїї, але й від електричного режиму роботи. Нехай фідер довжиною l працює в режимі біжучої хвилі. Режим біжучої хвилі реалізується за умови, що хвильовий опір лінії рівний активному вхідному опору антени (r = RА), а реактивний опір антени дорівнює нулю (XА = 0). При цьому в ідеальній лінії без втрат енергії амплітудне значення високочастотної напруги між провідниками лінії залишається незмінним по всій її довжині (рис. 10, крива 1).
В реальній лінії з втратами амплітуди високочастотної напруги та струму дещо зменшуються при поширенні біжучої хвилі від генератора до навантаження (рис. 10.6, крива 2). Амплітуди струмів та напруг на початку і в кінці лінії зв’язані залежностями:
У даному виразі a - коефіцієнт згасання (затухання) хвилі у фідері, який виражається в неперах на одиницю довжини фідера (1 Нп = 8,7 дБ). Потужності радіосигналу на вході і виході лінії можна представити:
Звідcи коефіцієнт корисної дії фідера, що працює в режимі біжучої хвилі, становить:
Теоретично наближене значення коефіцієнта згасання можна знайти за формулою:
Для двопровідної повітряної лінії другий доданок у виразі (30) можна вважати таким, що дорівнює нулю. Питомий опір провідників лінії, з врахуванням скін-ефекту, визначається:
Тут r - радіус провідників (мм), m - відносна магнітна проникність провідників лінії, s - електропровідність матеріалу провідників (См/м), l - довжина електромагнітної хвилі (м). Точний розрахунок коефіцієнта згасання a для різних ліній досить складний. Цей параметр, як один з найважливіших, надається виробниками фідерів. Параметри деяких коаксіальних фідерів для режиму біжучої хвилі наведені в таблиці 1.
Таблиця 3
Якщо антена не узгоджена з фідером за опором (r ¹ RА, XА ¹ 0), то останній працює в режимі змішаних хвиль. Режим змішаних хвиль характеризується коефіцієнтом стоячої хвилі (КСХ). Стояча хвиля утворюється при взаємодії падаючої та відбитої від навантаження (антени) хвиль.
1.
На резонансній частоті 1. Визначимо геометричні параметри антени 1.2. Знайдемо довжину хвилі
тут с - швидкість світла м/с. Довжина плеча
1.3. Для нормальної роботи диполя довжину його плечей потрібно вкоротити, для цього знайдемо відношення
1.4. Знайдемо значення коефіцієнту вкорочення
1.5. Довжина плеча симетричного півхвильового вібратора
Обчислимо відносну довжину
2. Діюча довжина резонансного диполя визначається за формулою
3.
4. З графіка по значенню
5. Визначаємо коефіцієнт напрямленої дії D
6. Визначимо електричні параметри антени
6.1. Електрична довжина kl
6.2. Вхідний опір
6.2.1. Обчислимо активну складову вхідного опору
6.2.2. Обчислимо реактивну складову вхідного опору
7. Опір випромінювання резонансного диполя рівний вхідному:
8. Смуга пропускання Ширина смуги пропускання визначається за формулою
9.Визначимо висоту підняття антени над землею. Для передачі сигналу на відстань 2700 км потрібно підняти антену на висоту h= 0.75∙λ=13.23м
Робочого діапазону частот. 3.1.Обчислимо коефіцієнт
3.2.Обчислимо вхідний опір
3.2.1.Знайдемо відношення
3.2.2.Знайдемо опір випромінювання пучності
3.2.3.Знайдемо активну складову вхідного опору антени
3.2.4.Знайдемо реактивну складову вхідного опору антени
Отже повний вхідний опір антени на верхній частоті діапазону частот:
3.3.Знайдемо діючу висоту антени
3.4.Знайдемо коефіцієнт напрямленої дії антени
 (3.7)
ДОДАТКИ Вихідні дані Варіант виконання №55 Варіант антени – Симетричний диполь з стрічок (пластин) шириною 100мм Резонансна частота Діапазон робочих частот Потужність що підводиться Протяжність радіо траси, км 3500
Загальні відомості. Антени – радіотехнічні пристрої, призначені для перетворення енергії зв’язаних електромагнітних коливань (замкнених в електричних колах) в енергію вільних електромагнітних коливань (випромінених в простір) і навпаки. Випромінювання у вільний простір обумовлене неекранованими коливаннями напруженості електричного і пов’язаного з ним магнітного полів, створених коливаннями електричного заряду. При поглинанні (прийманні) електромагнітних хвиль процеси мають зворотний характер. Вібратор – випромінювач (збирач) електромагнітної енергії у вигляді відрізка дроту, довжина якого є спів розмірною з довжиною хвилі. У більш широкому розумінні - це випромінювач електричного або магнітного типу (штир, щілина).
Поширення набули півхвильові симетричні одно вібраторні антени завдяки відсутності бічних пелюсток діаграми напрямленості та простоті конструкції. Симетричним вібратором називають прямолінійний стержень (провід), у якого струми в перерізах, що знаходяться на однакових відстанях від середини стержня, рівні по величині і по фазі. Для виконання цієї умови необхідно, щоб вібратор був симетричний відносно площини, що проходить через його середину перпендикулярно його осі, симетричні ділянки знаходились в однакових умовах відносно маси, і вібратор збуджувався симетрично. ДН тонкого проводу довжиною 2l розташованого вздовж осі z може бути визначена за допомогою слідкуючої формули:
де З (1) слідує, що ДН залежить від кута Для симетричних вібраторів розподіл струму достатньо точно описується формулою
де Вид функції розподілу струму залежить від відношення довжини вібратора Амплітуда поля симетричного вібратора в вільному просторі, В/м, рівна:
а ДН описується формулою
де А – нормуючий множник. Просторові ДН отримуються шляхом обертання зображених
Більше розповсюдження отримали півхвилоьві вібратори
Діюча довжина симетричного вібратора з синусоїдальним розподілом струму, віднесена до струму на його клемах, на основі формули
рівна
Для півхвильового вібратора
Опір випромінювання дуже тонкого симетричного вібратора, віднесеного до струму в пучності, не залежить від діаметра проводу вібратора і рівний
(9)
де
Крім активного опору випромінювання вібратор володіє реактивним опором, який залежить як від довжини, так і від діаметра вібратора:
Графік залежності
Діаграма напрямленості вертикальної антени у випадку ідеальної і реальної землі суттєво відрізняється (рис. 1.):
Рис. 1.
Рис. 2. Як видно з діаграм горизонтальної антени з Для практичних розрахунків антен довільної довжини можна використати графік (рис. 3).
Рис. 3
Після підстановки значення струму IA в точках живлення симетричного вібратора для z = 0 одержується:
Зауваження: При l = l/2 одержується некоректний результат стосовно вхідного опору хвильового вібратора (RA = ¥). Даний вираз отримано для синусоїдного розподілу струму в антені, що не зовсім правильно. Отже, формулу можна використовувати для наближених обчислень при l <l/2. Для півхвильового вібратора (l = l/4) активна частина вхідного опору становить:
Для короткого симетричного вібратора шляхом підстановки одержується спрощений вираз для розрахунку вхідного опору:
Аналіз цього виразу показує, що, враховуючи реальні значення опору втрат, дуже коротка в порівнянні з l антена не може працювати ефективно. Знання величини опору випромінювання та діючої висоти достатнє для визначення коефіцієнта напрямленої дії антени:
При деяких значеннях l /l реактивна складова повного вхідного опору XА = 0. Ці відносні довжини відповідають резонансним хвилям антени. Найдовшу з резонансних хвиль (найнижчу резонансну частоту) називають основною або першою гармонікою. Для тонкого симетричного вібратора 1-й резонанс наступає при l =l/4 (півхвильовий вібратор). Тобто основна хвиля півхвильового вібратора lосн = 4 l. При роботі на такій хвилі реактивна складова вхідного опору XA = 0, а активна складова опору RA низька і складає 73,1 Ом. Умовно кажуть, що півхвильовий вібратор потрібно живити струмом. Наступний резонанс наступає при відносній довжині плеча вібратора l =l/2. При цьому вхідний опір вібратора високий і істотною мірою залежить від його хвильового опору. Умовно кажуть, що в такому разі потрібно живити антену напругою. Як видно з графіка, зі зменшенням хвильового опору швидкість зростання реактивної складової вхідного опору при відхиленні від резонансних частот знижується. Отже, простіше узгодити фідер з антеною в широкому діапазоні частот, якщо антена “товста”, оскільки при цьому зменшується її хвильовий опір.
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 212; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.15.10.64 (0.016 с.) |
,МГц 10
, МГц 8-30
,кВт 4
(1)
- функція,що описує розподіл амплітуди струму вздовж проводу.
і не залежить від кута 
, тобто поле випромінювання симетрично відносно осі проводу.
(2)
- струм в пучності; 
- довжина плеча вібратора, а початок координат розташований в центрі вібратора.
до довжини хвилі 
.
(3)
(4)
. Для них
(5)
(6)
(7)
(8)
- постійна Ейлера, а
– інтегральний синус
– інтегральний косинус
(10)
від відносної довжини вібратора показує, що для півхвильового вібратора 
, а для хвильового 
. Наприклад, вхідний опір тонкого півхвильового вібратора рівний:
(11)
(12)
придатний для зв’язку з відбиванням від іоносфери на близькі відстані. Для середніх відстаней висота 
і для роботи іоносферною хвилею на далекі відстані треба взяти 
.
, (13)
. (14)
, (15)
. (16)
Ом. (17)
. (18)
. (19)
Ом. (20)
. (21)
. (22)
(23)
. (24)
. (25)
. Вкорочення довжини хвилі є наслідком її меншої швидкості розповсюдження в кабелі у порівнянні з вільним простором: v=c/k
, 
, 
. (26)
, 
. (27)
, 
. (28)
. (29)
. (30)
. (31)
тонкого резонансного півхвильового диполя визначається з умови резонансу в ньому:
0.95 (6300*2=графік і *2)
визначимо що опір випромінювання в пучності
(3.1)
антени на верхній частоті робочого діапазону
(3.2)
(3.3)
з графіка по відношенню 
(3.4)
(3.5)
(3.6)
