В многовибраторных антеннах этого обычно недостаточно для того, чтобы исключить провисание горизонтальных проводов. В таких случаях конструкцию дополняют верхним стальным тросом 15, называемым леером, к которому через вертикальные тросы 13 подвешиваются линии питания 9, Снизу эти линии прикрепляются к тросам 16, которые, так же как тросы 12, натягиваются через блоки.

Для компенсации емкости изоляторов между вибраторами последние дополнительно укорачивают. Обычно длина вибратора меньше половины длины волны на 3—8%. Вибраторы и линии питания должны быть тщательно изолированы от тросов. Кроме того, тросы необходимо разбить на небольшие участки с целью исключения паразитного резонанса. Для этого предназначены изоляторы 17,

Таким образом, многовибраторная антенна конструктивно представляет собой жесткую систему, которую в соответствии с ее внешним видом называют полотном или решеткой вибраторов.

Рефлектор антенны является полной аналогией собственно антенны. Полотно рефлектора (не показанное на рис. 4) расположено параллельно полотну антенны на расстоянии (0,25λ) от него. Рефлектор так же может быть активным. Питание антенны с активным рефлектором показано на рис. 5. Для создания сдвига фаз в 900 между токами антенны и рефлектора, в цепь антенны включается линия длиной равная λ/4. для поглощения отраженных от антенны волн на расстоянии λ/4 от точек включения фидера ставятся баластны сопротивления R.

Рис. 4. Крепление полотна вибраторов синфазной горизонтальной антенны.

Рис. 5. Схема питания антенны с активным рефлектором.

3. Расчетная часть

3.1 Расчет входного сопротивления антенны

Сопротивление излучения RΣп каждого полуволнового вибратора антенны, отнесенное к пучности тока, находят как сумму собственного сопротивления и сопротивлений, наведенных всеми остальными вибраторами антенны и рефлектора. Сопротивление излучения антенны равно сумме сопротивлений излучения всех вибраторов антенны. Тогда можно записать формулу усредненного сопротивления излучения полуволнового вибратора:

 (3.1)    [4]

Где  - сопротивление излучения антенны

Если количество вибраторов в этаже или ряде превышает 8, то их можно не учитывать, так как их наведенные сопротивления излучения очень малы.

Конструкция антенны идентичная конструкции рефлектора п х р=4 х 16, где п – количество этажей, р – количество полуволновых вибраторов в этаже. В данном случае количество вибраторов в этаже превышает 8, учитывая сказанное выше, рассчитаем сопротивление излучения для решетки 4 х 8.

Выражение общего сопротивления излучения для такой решетки будет выглядеть так:

Где  - сопротивления излучения решетки 4 х 8 (без учета рефлектора);

 - сопротивления излучения вибраторов первого ряда с учетом наводимых другими вибраторами решетки сопротивлений излучения;

 - сопротивления излучения вибраторов второго ряда с учетом наводимых другими вибраторами решетки сопротивлений излучения;

 - сопротивления излучения вибраторов третьего ряда с учетом наводимых другими вибраторами решетки сопротивлений излучения;

 - сопротивления излучения вибраторов четвертого ряда с учетом наводимых другими вибраторами решетки сопротивлений излучения;

Используя метод наведенных ЭДС найдем общее сопротивление излучения решетки 4 х 8.

Таблица 1.

Где  - собственные сопротивления излучения полуволновых вибраторов;  - сопротивления излучения наведенное вибратором р на вибратор п. Пользуясь данными таблицы 1. найдем сопротивление излучения всех вибраторов решетки

Учитывая то, что конструкция решетки симметрична сопротивление симметрично расположенных вибраторов будет одинаково.

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Учитывая симметричность конструкции:

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Так конструкция симметрична, то сопротивление излучения первого ряда будет равно сопротивлению излучения четвертого, а сопротивление излучения третьего ряда будет равно сопротивлению излучения второго.

 Ом

 Ом

Тогда:  Ом

Сопротивление излучения решетки не учтенных вибраторов будет равно сопротивлению излучения рассчитанной части решетки.

Тогда можно записать:

RΣa=

RΣa=  Ом

Где RΣa – сопротивление излучения антенны без учета рефлектора

Рассматривая антенну и рефлектор, как систему из двух связанных вибраторов и используя выражение:

,

где  - сдвиг фаз токов; m – отношение амплитуд токов;  - сопротивление изучения антенны без учета рефлектора;  - сопротивление изучения рефлектора; найдем сопротивление излучения всей антенны с учетом влияния рефлектора. Так как рефлектор активный и его питание производится тем же источником, что и антенна, и имеет такую же конструкцию запишем:

=900; m=1; ==4901,6 Ом.

Тогда 9803,2 Ом

Входное сопротивление пары соседних полуволновых вибраторов образующих один симметричный волновой вибратор равно

, (3.2) [2]

где — волновое сопротивление симметричного вибратора, определяемое по формуле. Используя (3.1) запишем:

 (3.3)

Учитывая, что полуволновой отрезок фидера, соединяющий вибраторы соседних этажей, трансформирует проводимость в пропорции 1 : 1 и полагая, что длина фидера от точек 5-6 до точек питания антенны 1-2 и 3-4 равна целому числу полуволн, можно прийти к выводу, что в точках питания входная проводимость антенны равна сумме проводимостей всех волновых вибраторов. Следовательно, входное сопротивление антенны приближенно равно

 (3.4) [2]

Подставляя (3.3) в (3.4) получим

 (3.5)

Используя формулу В. Н. Кессениха найдем волновое сопротивление предварительно задав диаметр вибратора равным 0,002 м

 (3.6) [4]

Где а – радиус вибратора.

Подставив получено значение в (3.5) получим

3.2 Симметрирующе-согласующие устройство

Для питания антенны используем коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Так как кабель не симметричен, то для того что бы сделать его симметричным нужно симметрирующие устройство. Для этого берется четвертьволновой отрезок такого же кабеля. Соединение кабеля с отрезком показано на чертеже.

Для согласования используем согласующий трансформатор выполненный из стандартных двухпроводных симметричных фидеров.

 (3.7) [4]

где  - волновое сопротивление трансформатора;

 - волновое сопротивление коаксиального кабеля;

 - входное сопротивление антенны;

Четвертьволновые отрезки соединим параллельно, чтобы получить нужное сопротивление трансформатора.

где  - волновое сопротивление четвертьволнового отрезка симметричного фидера.

Так как отрезки имею одинаковое волновое сопротивление, формула будет иметь вид

где п – количество отрезков.

Тогда:

При =300 Ом п=13,48;

При =600 Ом п=26,97;

Для лучшего согласования выполним фидер из четвертьволновых отрезков двух проводного фидере с волновым сопротивлением 600 Ом. Понадобится 27 таких отрезков.

Волновое сопротивление такого трансформатора будет:

3.3 Расчет коэффициента направленного действия

Коэффициент направленного действия горизонтальной синфазной антенны, с учетом влияния Земли можно приближенно определить по формуле

 (3.8) [4]

3.4 Расчет ДН в горизонтальной плоскости

Диаграмма направленности многовибраторной решетки в горизонтальной плоскости определяется по формуле

 (3.9) [4]

где  - диаграмма направленности одиночного вибратора;

 - множитель решетки;

 - множитель рефлектора;

При определении диаграммы направленности под одиночным вибратором будем понимать симметричный вибратор. Число симметричных вибраторов в одном этаже в два раза меньше числа полуволновых вибраторов и равно числу секций антенны.

; (3.10) [4]

; (3.11) [4]

; (3.12) [4]

Где l – длина плеча симметричного вибратора;  - угол в горизонтальной плоскости, отсчитанный от нормали к плоскости полотна антенны; пс – число симметричных вибраторов в одном этаже; d – расстояние между центрами симметричных вибраторов; dр – расстояние между полотнами антенны и рефлектора;  - отношении амплитуд и сдвиг фаз антенны и рефлектора.

Используя формулу С . Щелкунова найдем длину плеча симметричного вибратора

 (3.13) [3]

 (3.14)

Для данной антенны:

; пс=8; d=λ; dр=0,25λ; ; λ=0,15 м.

Подставив (3.10), (3.11), (3.12) в (3.9), и подставив в полученное выражение имеющиеся данные, получим

(3.15)

Для данной антенны ДН в горизонтальной плоскости будет иметь вид:

- в полярной системе (Рис. 6.)

- в декартовой системе (Рис. 7.)

Рис. 6. нормированная ДН в горизонтальной плоскости

φ

Рис. 7. нормированная ДН в горизонтальной плоскости

По графику находим ширину ДН в горизонтальной плоскости

8,640

3.5 Расчет ДН в вертикальной плоскости

Диаграмма направленности многовибраторной решетки в вертикальной плоскости определяется произведением

 (3.16) [4]

где  - нормированный множитель системы синфазных излучателей;

 - множитель, учитывающий влияние рефлектора;

 - множитель, учитывающий влияние Земли.

 (3.17) [4]

 (3.18) [4]

 (3.19) [4]

здесь пэ – число этажей в антенне;  - расстояние между этажами;  - средняя высота подвеса;  - угол в вертикальной плоскости отсчитываемый от поверхности Земли.

Обычно для таких антенн высота подвеса над Землей нижнего этажа равна половине длины волны. Тогда учитывая, что  запишем значение для средне высоты подвеса:

Подставив (3.17), (3.18), (3.19) в (3.16), и подставив в полученное выражение имеющиеся данные, получим

 (3.20)

Для данной антенны ДН в вертикальной плоскости будет иметь вид:

- в полярной системе (Рис. 8.)

- в декартовой системе (Рис. 9.)

Рис. 8. нормированная ДН в вертикальной плоскости

Рис. 9. нормированная ДН в вертикальной плоскости

По графику находим ширину ДН в горизонтальной плоскости 13,880

Вывод

В данном курсовом проекте была спроектирована многовибраторная синфазная антенна с активным настраиваемым рефлектором 16 х 4эт. для работы на длине волны равной 15 см. В ходе выполнения данного проекта были сделаны следующие выводы:

- с увеличением числа вибраторов сопротивление излучения антенны увеличивается, а входное сопротивление падает;

- с увеличением числа вибраторов увеличивается КНД, а также и коэффициент усиления;

- диаграмма направленности в горизонтальной плоскости зависит только от количества вибраторов в этаже. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости зависит только от количества этажей. При чем при увеличении числа вибраторов или этажей диаграмма направленности сужается;

Данная антенна также может работать как диапазонная в диапазоне со средне длиной волны равной 15 см., за счет активности рефлектора.

- входное сопротивление антенны – 9,9 Ом;

- коэффициент направленного действия – 512;

- ширина ДН в горизонтальной плоскости – 8,640;

- ширина ДН в вертикальной плоскости – 13,880.

Список использованной литературы

1. Коротковолновые антенны/ Г. З. Айзенберг, С. П. Белоусов, Э. М. Журбенко и др; под ред Г. З. Айзенберга – 2-е перероб и доп – М: Радио и связь, 1985. – 536 с., ил.

2. Антенны и устройства СВЧ/ Н. Т. Бова, Г. Б. Резников.

3. Антенно-фидерные устройства/ Кочержевский Г. Н. : Учебник для вузов. 3-е изд., доп. и перераб. – М; Радио и связь, 1981. – 280 с., ил.

4. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства/ Чернышев В.П., Шейнман Д.И. – М: Связь 1972. – 408 с., ил.

Страницы: 1, 2