КАналообразующие. Задача 1 Симметричный вибратор

• Название: Задача 1 Симметричный вибратор
• Дата: 28.01.2019
• Размер: 0.56 Mb.
• Имя файла: КАналообразующие.docx
• Тип: Задача; #65533

Задача №1

Симметричный вибратор

Изобразить схематически симметричный вибратор, описать его конструкцию, область применения и основные характеристики и параметры.

В соответствии с таблицей 1 рассчитать сопротивление излучения антенны и нормированную диаграмму направленности F(q).

Таблица 1

Последняя цифра шифра	5
l, м	1,4

Симметричный вибратор - это антенна в виде металлического провода или стержня, у которого в сечениях, симметричных относительно середины, продольные в. ч. токи равны по величине и имеют одинаковую фазу, т. е. обеспечивается равенство .

Для этого достаточно выполнить следующие условия:

- обе половины вибратора по своим размерам и форме должны иметь зеркальную симметрию относительно плоскости, проходящей через середину вибратора перпендикулярно его оси;

- симметричные участки вибратора должны быть на одинаковых расстояниях от окружающих предметов;

- питающий двухпроводной фидер должен подключаться к разрыву вибратора, расположенному в его середине, сам фидер должен быть симметричным, т. е. напряжения на его проводах в каждом сечении по отношению к телу нулевого потенциала должны быть равны по величине и противоположны по знаку.



Симметричный вибратор состоит из левого 1 и правого 2 плечей, симметрирующего устройства, выполненного в виде трехпроводной плоской воздушной линии передачи, содержащей левый 3, правый 4 внешние проводники, имеющие такую же ширину, как плечи вибратора 1, 2, и центральный проводник 5. Верхняя часть центрального проводника 5 соединена с одним из плечей - на фиг. показано соединение с левым плечом 1. Плечи вибратора выполнены как продолжение внешних проводников трехпроводной линии передачи 3 и 4 соответственно и имеют наклон 45° в направлении экрана. Нижние части левого 3 и правого 4 внешних проводников трехпроводной плоской воздушной линии передачи с наружной стороны образуют фланец 6 с отверстиями 7, расположенными на продольной оси симметрии вибратора и обеспечивающими крепление симметричного вибратора к плоскому металлическому экрану (не показан). Фланец 6 имеет отверстие 8, через которое осуществляется соединение центрального проводника 5 симметрирующего устройства с линией передачи сигнала.



Рисунок 1 – Распределение тока в симметричном вибраторе

Распределение тока в плечах вибратора можно определить по следующей приближенной формуле

I_z = I_пsin k(l – |z|), (1)

где I_п – амплитуда тока в пучности; l – длина плеча вибратора; k = 2/ – коэффициент фазы.

Формула (1) получена из приближения, что закон распределения тока вдоль плеч вибратора соответствует стоячей волне линии без потерь, разомкнутой на конце.

На практике наиболее часто используется так называемые полуволновой () и волновой () вибраторы. Из формулы (1) видно, что распределение тока по вибратору зависит от отношения (). Так, например, для полуволнового вибратора распределение тока показано на рис.2,а, а для волнового – на рис 2,б.
I_z



I_z


а) б)

Рисунок 1 – Распределение тока в симметричном вибраторе

Вектор напряженности электрического поля, излучаемого вибратором, лежит в плоскости, проходящей через ось вибратора (как и у элементарного электрического излучателя). Его комплексная амплитуда в дальней зоне определяется по следующей формуле:

, (2)

где I₀ – ток в точках питания вибратора (z = 0 в формуле (4.33)); r – расстояние до точки наблюдения;  – угол между осью вибратора и направлением на точку наблюдения.

Основные параметры вибратора – напряжение, ток и сопротивление.

Теоретически можно определить полное сопротивление в любом сечении вибратора, если известны ток и напряжение. Мы ограничимся здесь только следующим важным правилом: на концах вибратора — высокое напряжение при малом токе, т. е. большое полное сопротивление; в середине вибратора (полуволнового!) — малое напряжение при большом токе, т. е. небольшое сопротивление.

Сопротивление излучения рассчитываем по формуле: Сопротивление излучения рассчитываем по формуле:

(3)

где =2м,l – длина половины вибратора.

R=80*3,14²*0,7/2= 276,1 Ом (4)

Нормированная диаграмма направленности антенны рассчитывается по формуле:

(5)

где =3,14 - волновой коэффициент;

 - угол, отсчитываемый от оси вибратора.

Таблица 2

	соs	sin	F()
0	1	0	0
15	0.966	0.2588	0.000207
30	0.866	0.5	0.000376
45	0.707	0.7071	0.000526
60	0.5	0.8660	0.000642
75	0.259	0.9659	0.000715
90	0	1	0.00076
105	-0.259	0.9659	0.000715
120	-0.5	0.866	0.000642
135	-0.707	0.7071	0.000526
150	-0.866	0.5	0.000376
165	-0.966	0.2588	0.000207
180	-1	0	0
195	-0.966	-0.2588	-0.000207
210	-0.866	-0.5	-0.000376
225	-0.707	-0.7071	-0.000526
240	-0.5	-0.8660	-0.000642
255	-0.259	-0.9659	-0.000715
270	0	-1	-0.00076
285	0.259	-0.9659	-0.000715
300	0.5	-0.866	-0.000642
315	0.707	-0.7071	-0.000526
330	0.866	-0.5	-0.000376
345	0.966	-0.2588	-0.000207
360	1	0	0

Построить полученную диаграмму направленности.


Рисунок 3 – Диаграмма направленности

Задача №2

Диско-конусная антенна

Диско - конусная антенна - широкополосная несимметричная антенна - образована из биконических антенн при замене одного конуса диском. Питание к ней подводиться с помощью коаксиального кабеля, причём центральный провод присоединяется к диску, а наружная оболочка - к конусу в его вершине. Наименьшая рабочая частота называется наибольшей рабочей длинной волны и равна, т.е. длина образующей должна быть несколько больше четверти наибольшей длинны волны. Установлено, что с уменьшением размеров d и t граница полосы рабочих длин волн расширяется в сторону более коротких волн и что оптимальным углом конуса является. Между размерами устройства возбуждения должно соблюдаться соотношение: . Радиус основания конуса равен. Радиус диска выбирается равным.

ДН антенны в горизонтальной плоскости круговая. ДН в вертикальной плоскости зависит от угла при вершине конуса, отношения и от рабочей частоты. Она имеет вид лепестков, которые с увеличением частоты сужаются, всё более прижимаясь к образующей конуса.

Диско - конусные антенны применяются в основном как слабонаправленные антенны метрового и дециметрового диапазонов.

Таблица 3

Предпоследняя шифра шифра	1
мах, м	2,0
,°	35

d`= 0,05 м для всех вариантов.

Приближенный расчет основных размеров такой антенны:

По заданной максимальной волне диапазона определяем длину образующей конуса:

(6)

Диаметр питающего кабеля, включенного между конусом и диском, определяет диаметр площадки при вершине конуса. Чаще всего кабель проходит внутри трубы определенного диаметра.

По выбранному значению угла  и найденному l определяем диаметр основания конуса.

(7)

где d` - диаметр площадки.

Определяем диаметр диска:

(8)

Зазор между диском и вершиной конуса равен:

(9)

Дискоконусная антенна состоит из металлического конуса с диском на вершине. Ее относят к антеннам с верхним питанием, которые снабжены концевой емкостью в виде диска и конусообразным внешним проводником.

В диапазонах коротких волн используются преимущественно «скелетные» формы, когда металлические поверхности заменяются фигурами из металлических прутков, полос, трубок или проводов (рис. 3).

Тем самым обеспечивается существенное снижение веса и ветрового сопротивления антенны, а также затрат на ее изготовление без заметного ущерба для электрических свойств.



Рисунок 4 - Дискоконусная антенна и ее разновидности: а - однородная; б - скелетная; в - смешанная



Рисунок 5 – Схематическая конструкция

Оптимальные теоретические размеры широкополосной дискоконусной антенны:

  d = 0,7Cmax

  L = 0,25λ ...0,33λ

  S = 0,3Cmin

  A = 50...70 градусов

  Cmax = L
Диаграммы направленности:





Рисунок 6 – Диаграммы направленности

Задача №3
Г-образная антенна
Привести схематический рисунок и диаграмму направленности, а также эпюры распределения тока, напряжения и заряда вдоль линейной антенны в соответствии с вариантом задания.

Описать область применения антенны Вашего варианта.


Рисунок 7 – Схематическая конструкция

Форма этой антенны обеспечивает действительно наибольшее использование всех приемных качеств антенного провода, т. к. вертикальная часть выполняет функции поглощения электромагнитной волны для передачи ее приемнику, в то время, как горизонтальная часть, если и принимает участие в этом процессе, то по преимуществу косвенным путем, а именно повышая приемные качества вертикального провода или, как говорят, увеличивая его действующую высоту. Кроме того, горизонтальная часть антенны сообщает последней некоторое направленное, как говорят, действие, т.-е. способность давать различную силу приема в зависимости от расположения, ориентировки по отношению к передающей станции.

Г-образная антенна (или в зарубежной литературе L-образная антенна) относится к несимметрияным вибраторам.

Антенны подобного типа применяются в качестве наружных для дальнего приема радиовещательных станций ДВ, СВ, КВ и УКВ-диапазонов.


Рисунок 8 – Распределение тока вдоль Г-образной антенны



Рисунок 9 – Распределение напряжений вдоль Г-образной антенны

В реальных условиях при распространении радиоволн над землей с различными характеристиками диэлектрической проницаемости происходит значительное поглощение землей излучаемой антенной энергии, т.е. снижение коэффициента усиления антенны.

Далее на рис. 8 показаны ДН, рассчитанные в среде MMANA, вертикально поляризованного поля радиоволны и коэффициенты усиления Г-образной антенны с размерами H = L = 20 м над землей.



Рисунок 10 - Диаграмма направленности Г-образной антенны над землей с различными параметрами: а) идеально проводящая земля с проводниками антенны; б) влажная земля; в) земля средней влажности; г) сухая земля;

д) мерзлая земля; е) слабо проводящая (горная) земля