Штыревые антенны. Штыревые антенны. Особенности согласования штыревой антенны с проводящей поверхностью окунев Евгений Владимирович Федеральное государственное бюджетное некоммерческое учреждение Экспертноаналитический центр
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
УДК 621.396.6 ОСОБЕННОСТИ СОГЛАСОВАНИЯ ШТЫРЕВОЙ АНТЕННЫ С ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Окунев Евгений Владимирович Федеральное государственное бюджетное некоммерческое учреждение «Экспертно-аналитический центр» Татевосян Владимир Игоревич Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» Полушковский Юрий Александрович Федеральное государственное бюджетное некоммерческое учреждение «Экспертно-аналитический центр» Жуков Александр Олегович МГУ имени М.В. Ломоносова, Государственный астрономический институт имени П. К. Штернберга Аннотация: в данной работе рассматривается пример разработки штыревой всенаправленной антенны, предназначенной для приёма и передачи информации и установки на проводящие поверхности. Моделирование антенны выполнено с помощью средств ЭВМ. Изготовленная антенна снабжена радиопрозрачным колпаком обтекаемой формы. Приведено сравнение данных, полученных путём моделирования и макетирования. Ключевые слова: штыревая антенна, коэффициент стоячей волны, диаграмма направленности, коэффициент усиления Введение Для связи между небольшими стационарными (персональные радиоэлектронные системы, частные дома, систем беспроводного доступа в Интернет) и мобильными объектами (автомобилями, катерами, беспилотники, для построения сетей мобильной связи важными элементами системы являются различные антенны. Если на базовой радиостанции можно применять полноразмерные антенные устройства, которые занимают достаточно много места, то на мобильном объекте габариты антенны весьма ограничены. Поэтому на автомобили, катера и другие мобильные объекты устанавливаются антенны малых размеров. Как правило, на мобильных объектах применяется вертикальная штыревая антенна, которая обладает наименьшими габаритами и весом. Важным аспектом работы штыревой антенны является её согласование с линией питания. А при размещении антенны на проводящей поверхности (металлический корпус мобильного объекта) – согласование с проводящей поверхностью. Как согласование с линией питания, так и согласование с проводящей поверхностью вносит изменения и в характеристики антенны и в её конструкцию. Согласование штыревой антенны Штыревые антенны на проводящей поверхности (металлическим корпусом), близки к идеальной штыревой антенне по своим параметрам и имеет входное сопротивление около 36 Ом. В таком случае, для согласования с линией питания 50 или 75 Ом линию питания необходимо подключить к участку антенны, имеющему указанное сопротивление (50 или 75 Ом) [1, 2]. Участок антенны с таким сопротивлением находиться в нижней части штыря, что связано с распределением входного сопротивления – оно изменяется от минимального значения, расположенного у основания антенны, до максимального – на его открытом конце [3, 4]. Чтобы сохранить согласование с кабелем, от которого в этом случае отходили бы длинные отрезки провода, этот участок штыря необходимо согнуть – получиться так называемое гамма – согласование. В зарубежной литературе это согласование носит название “hairpin” [5, 6]. Именно такой тип согласования использовался в разрабатываемой антенне. Он позволил получить хорошее согласование на проводящей поверхности (коэффициент стоячей волны (КСВ) – 1.2) при этом, габаритные размеры антенны не превысили 125×125×55 мм. Излучатель антенны Антенна, 3D – модель которой изображена на рисунке 1, представляет собой плоский металлический излучатель с плоской петлей гамма – согласования.  Рисунок 1. 3D – модель штыревой антенны. Антенна изготовлена из листа латуни толщиной 1 мм. Выбор латуни обоснован простотой обработки материала, лёгкостью пайки и стойкостью к внешним воздействиям. Проектирование антенны проводилось в пакете прикладных программ, благодаря которому вся конструкция была оптимизирована с учётом взаимовлияния элементов и их расположения [7]. В результате проектирования были получены следующие характеристики: КСВ не более 1,5 в полосе частот 770 – 880 МГц; расчётный коэффициент усиления (КУ) на частоте 810 МГц равен 3,5 дБ. Частотная характеристика КСВ модели представлена на рисунке 2.  Рисунок 2. Частотная характеристика КСВ модели. КУ модели антенны на частоте 810 МГц в вертикальной плоскости представлен на рисунке 3.  Рисунок 3. КУ модели антенны на частоте 810 МГц в вертикальной плоскости. Под вертикальной плоскостью подразумевается плоскость XZ, углы отсчитываются в направлении стрелки угла Theta, начала отсчета (ноль) – ось Z, под горизонтальной – плоскость XY, что показано на рисунке 4.  Рисунок 4. Исследуемая модель На рисунке 5 представлен опытный образец разрабатываемой штыревой антенны.  Рисунок 5. Внешний вид опытного образца Далее были исследованы характеристики изготовленного образца. Диаграмма направленности (ДН) в вертикальной плоскости представлена на рисунке 6, а частотная характеристика КСВ на рисунке 7.  Рисунок 6. Измеренная ДН опытного образца в вертикальной плоскости  Рисунок 7. Частотная характеристика КСВ опытного образца. Измеренные характеристики изготовленного опытного образца в сравнении с расчётными характеристиками модели показали высокую сходимость. Заключение Важно отметить, что меняя взаимное расположение элементов антенны можно изменять угол наклона ДН в вертикальной плоскости без потерь в согласовании. При разработке данной антенны ставилась задача “прижать” ДН к горизонтальной плоскости. Дальнейшее решение этой задачи видится в установке отражательного элемента, что позволит повысить усиление вдоль горизонтальной плоскости. Учитывая небольшие геометрические размеры, высокий КУ и дешевизну производства, предложенный излучатель целесообразно применять для различных задач. Список литературы 1. З. Беньковский, Э. Липинский. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн // М. Радио и связь, 1983. 2. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ // М.: Высшая школа. 1988. 3. Г. Б. Белоцерковский. Основы радиотехники и антенны // М. Радио и связь, 1983 4. Н.Н.Федоров. Основы электродинамики // М. Высшая школа, 19805. 5. Constantine A. Balanis. Antenna Theory Analysis and Design // John Wiley, NY, 1997. 6. Папилов К. Б. Численный анализ микрополосковых печатных антенн // Журнал радиоэлектроники. 2011, №4. 7. Гаджиев Э.В. Моделирование бортовых антенн СВЧ космических аппаратов. Антенны. 2013. № 9 (196). С. 65–68. |