Антенна волновой канал реферат

Обновлено: 05.07.2024

Антенна типа волновой канал, иначе называемая директорной антенной, относится к классу антенн бегущей волны. Бегущая волна, распространяющаяся вдоль оси Z антенны (рис. 1), формируется системой симметричных пассивных вибраторов-директаров (1, 2, 3, 4), образующих линию с замедленной волной, замедление которой близко к единице. Бегущая волна возбуждается в линии с помощью возбудителя, состоящего, из симметричного активного вибратора 0, к которому подводится питание от генератора, и пассивного симметричного вибратора-рефлектора (-1), отражающего волну в сторону директоров. Все вибраторы параллельны друг другу и расположены в одной плоскости симметрично относительно продольной оси Z, вдоль которой распространяется волна. Как и во всякой антенне бегущей волны, ширина диаграммы направленности слабо зависит от длины антенны, т. е. от числа директоров. Поэтому число директоров, как правило, бывает не больше десяти. Для отражения волны в сторону директоров достаточно одного рефлектора. Для формирования бегущей волны требуется определенная настройка всех вибраторов антенны в зависимости от длины волны и расстояния между вибраторами. Поэтому антенна типа волновой канала является сравнительно узкополосной. Ее полоса пропускания составляет несколько процентов.

Для успешного формирования бегущей волны и диаграммы направленности амплитуды токов во всех вибраторах антенны должны быть примерно одинаковы. Токи в директорах по мере удаления от активного вибратора должны запаздывать по фазе на все большую величину по сравнению с фазой тока в активном вибраторе, в соответствии с запаздыванием фазы волны, бегущей вдоль антенны. Для этого входное сопротивление директоров, должно носить емкостный характер, а длина их должна быть меньше половины длины волны. Для ослабления поля, излученного антенной в направлении, противоположном бегущей волне, ток в рефлекторе должен опережать по фазе ток в активном вибраторе. Поэтому входное сопротивление рефлектора должно носить индуктивный характер, а длина рефлектора должна быть больше половины длины волны. Подбор расстояния между директорами, которое обычно составляет (0,15-0,25) , расстояния между рефлекторов и активным вибратором, составляющего (0,1-0,35) , и соответствующая настройка вибраторов подбором их длины позволяет удовлетворить изложенные выше требования.

1.1.2 Определение токов в вибраторе без рефлектора

Система уравнений, определяющая токи в вибраторах антенны без рефлектора, имеет вид

- комплексное наведенное сопротивление со стороны m-ого вибратора на n-й. Величина может быть определена с помощью таблиц.

- собственное сопротивление вибратора.

- э. д. с. питания n-ого вибратора (равна единице только для активного вибратора).

- ток в m-ом вибраторе.

В общем виде запишем систему уравнений:

Далее необходимо определить взаимные сопротивления и решить систему уравнений.

1.1.3 Определение токов в вибраторе с рефлекторов

Для определения тока в вибраторах с рефлектором необходимо рассчитать токи без рефлектора из пункта 1.2

Для пересчета токов необходимо определить ток в рефлекторе:

Т.к расчет будет проводиться для 1 директорной антенны, то определим только и :

Так же для получения высокого КБВ рекомендуется, чтобы . Для этого необходимо укорачивание активного вибратора.

1.1.5 Диаграмма направленности

При определении диаграммы направленности участвуют 3 множителя: множитель вибратора, множитель антенны и множитель земли.

a) Множитель антенны для полуволнового вибратора:

б) Множитель земли производит суммирование токов для каждого вибратора с учетом фазовых составляющих:

г) Множитель земли примем за 1, т.к диаграмму направленности будем рассматривать только в плоскости, пересекающей диаграмму вдоль антенны.

1.1.6 Коэффициент направленного действия

Коэффициент направленного действия для антенны типа волновой канал, без учета влияния экрана, определяется:

- длина от рефлектора до последнего директора.

- специальный коэффициент, зависящий от Его определим с помощью графика из Л1.

1.1.7 Расчет длины вибратора

Для вибраторов, длина которых близка к , можно принять, что собственное сопротивление определяется формулой:

- радиус поперечного сечения. Много меньше длины волны (пусть ).

1.1.8 Согласование

Т.к антенна типа волновой канал малоомная, а коаксиальный кабель имеет волновое сопротивление в 75 Ом, значит необходимо согласование. Для этого коаксиал подключается не в пучность тока, а к точке вибратора с входным сопротивлением, соотвествующим выполнению условия согласования:

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны

Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Диаграмма направленности следующая:

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал

Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.

Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.

Читайте также: