9 Антенны кв диапазона
 Скачать 0.79 Mb.
|
|
Антенна типа волновой канал (АВК) была предложена 1926 году японскими инженерами Синтаро Удо и Хидэцугу Яги. Она представляет собой антенну продольного излучения, состоящую из нескольких параллельных (коллинеарных) линейных вибраторов, ук- репленных на общей штанге (рис. 9.32). 291       Рис. 9.32. Антенна волновой каналПри этом один из ее вибраторов (вибратор А) выполняет функ- цию активного вибратора и подключается непосредственно к фидеру. Остальные вибраторы пассивные, возбуждаются электромагнитным полем активного вибратора и выполняют функцию рефлектора (виб- ратор Р) или директора (вибраторы В, Г, Д, Е). Синфазное или противофазное сложение полей пассивных виб- раторов с полем активного вибратора обеспечивает формирование однонаправленной характеристики направленности антенны в целом. Рассмотрим, например, систему, состоящую из активного вибра- тора А и пассивного вибратора Р (рис. 9.33).  Рис. 9.33 Векторная диаграмма системы рефлектор – активный вибратор Предположим, что в вибраторе А генератором возбуждается ток I1. В данном вибраторе, как и в разомкнутой на конце линии с малы- ми потерями, установится режим стоячей волны, при котором напря- жение U1 отстает от тока I1 на угол, приблизительно равный 90o (рис. 9.38). Напряжение U1 создает около вибратора А поле E1, совпадаю- щее с ним по фазе. Это поле, достигнув вибратора P ( E12 ), отстанет 292 по фазе на угол kd 90o и наведет в вибраторе PЭДС Э2 . Если дли- на пассивного вибратора P несколько превышает величину 0,5 , то реактивное сопротивление такого вибратора Xp В ctgklA будет иметь индуктивный характер ( klp 90o) и ток I2 , обусловленный ЭДС Э2 , будет отставать от нее на угол, приблизительно равный 90o . В свою очередь, ток I2 создает у вибратора Р поле E2 , отстающее по фазе от тока на 90o . Поскольку поля E12 и E2 сдвинуты по фазе на 180º, результирующее поле позади пассивного вибратора Р будет ос- лаблено. Поле E2 вибратора Р к вибратору А( E12 ) отстанет по фазе на угол kd 90o и будет совпадать с полем E1. В направлении от вибратора Рк вибратору А и далее поля будут складываться, то есть пассивный вибратор с длиной 2l 0,5 ведет себя как рефлектор. Если пассивный вибратор короче 0,5 , то его реактивное сопро- тивление будет иметь емкостный характер, и ток I3 (рисунок 9.34) будет опережать ЭДС Э3 на угол, приблизительно равный 90°.  Рис. 9.34 Векторная диаграмма системы активный вибратор – директор Максимум излучения в этом случае будет направлен в сторону пассивного вибратора В, а поле позади активного вибратора А будет ослаблено. Такой пассивный вибратор ( 2lВ 0,5 ) будет вести себя как директор. Следует иметь в виду, что направленность антенны зависит не только от фазового, но и от амплитудного распределения тока в виб- раторе. Значительные отклонения длин пассивных вибраторов от ука- занных выше (рефлектора в сторону удлинения, директоров в сторо- 293 ну укорочения) приводят к росту модуля Zвх , главным   образом, за счет роста реактивной составляющей и к уменьшению амплитуды тока, что, в свою очередь, уменьшает вклад таких вибра- торов в величину коэффициента направленного действия антенны.Физические размеры вибраторов обычно выбирают исходя из следующих рекомендаций: la 0,48 , lp 0,52 ,lд 0,44 0,46. При этом рефлекторы обычно помещаются на расстоянии при- мерно (0,15 0,25) от активного вибратора, а директоры на расстоя- нии (0,1 0,35) соответственно от активного вибратора и друг от друга. Характеристика направленности антенны волновой канал как многовибраторной антенны продольного излучения определяется аналитическим выражением sinkl cos f 2 kl cos 2 , (9.32) где c 1 2L коэффициент замедления фазовой скорости; L N1d Nd длина антенны. При этом КНД в направлении максимума излучения антенны может быть определен следующей формулой: Дmax 8 L. (9.33) Диаграмма направленности АВК, расположенной в свободном пространстве, изображена на рисунке 9.35. 294  Рис. 9.35. Диаграмма направленности АВК в свободном пространстве Если антенну разместить на некоторой высоте над поверхно- стью земли, то ее диаграмма направленности в вертикальной плоско- сти будет иметь многолепестковый характер, что объясняется интер- ференцией прямого и отраженного от поверхности Земли лучей (рис. 9.36).  Рис. 9.36. Диаграмма направленности АВК над поверхностью Земли Антенна волновой канал в настоящем времени наиболее широ- кое применение находит в системах широкополосного беспроводного доступа Wi-Fi. Достоинствами антенны волновой канал является простота кон- струкции и достаточно высокое значение КНД 10 18 дБ. К недос- таткам же относится то, что она требует точной и достаточно слож- ной настройки и является узкополосной. 295 9.3.2. Логарифмически периодические антенны (ЛПА) Логопериодическая структура – это система из не одинаковых по размерам, но геометрически подобных элементов, логарифмы ко- ординат i и линейных размеров 𝑙 ij которых равны соответственно константам (ln0 и ln 𝑙 0 плюс произведение номера элемента i на ло- гарифм шага структуры). Математически представляется выражением: lni= ln0 + jln ; ln 𝑙 ij=ln𝑙 0 jln, (9.34) где j=1,2,3 соответствует трём измерениям элемента. ЛПА – это часть логопериодической структуры в виде системы параллельно расположенных вибраторов с линейным нарастанием их длин и взаимных расстояний, питание к которым подводится со сто- роны наиблее короткого вибратора с помощью собирательной двух- проводной линии. Различные конфигурации ЛПА показаны на рисунках 9.37, 9.38, 9.39.  Рис. 9.37. ЛПА формата 1  Рис. 9.39 ЛПА объёмного типа Основными физическими параметрами ЛПА, в соответствии с рисунком 9.37, являются: 296 = Rn Rn1 ; 𝑙 n1 Rn1 ; 2 arcctg( 2Rn ) ; 𝑙 n 𝑙 n Rn 𝑙 n – угол расхождения проводов собирательной линии. Взаимосвязь между физическими параметрами ЛПА определя- ется соотношением: 1 ctg 2 2 (9.35) |