![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Ширина луча и уровень боковых лепестков.Помимо КНД, направленные свойства антенны оценивают также углом раствора главного лепестка ДН в какой-либо плоскости при заданном уровне относительной мощности. Этот угол называют шириной луча в соответствующей плоскости. Чаще всего используется определение ширины луча Δθ на уровне половинной мощности (уровень 0,707 по полю, или — 3 дБ) относительно главного максимума излучения. Реже пользуются определением ширины луча “по нулям” Δθ0, т. е. угловым расстоянием между минимумами излучения. Наряду с шириной луча очень важным параметром является уровень боковых лепестков антенны. Чаще всего уровень боковых лепестков характеризуют максимумом наибольшего бокового лепестка по отношению к значению главного максимума. При сложной поляризационой структуре поля уровень боковых лепестков находят как по основной, так и по паразитной составляющим вектора поляризации. Ширина луча и уровень боковых лепестков антенны являются параметрами, определяющими разрешающую способность и помехозащищенность радиосистем. Поэтому в технических заданиях на разработку антенн этим параметрам уделяется большое значение. Их значения контролируют при вводе антенны в эксплуатацию и периодические проверяют в процессе эксплуатации.
Электрический вибратор: диаграмма направленности, сопротивление излучения и коэффициент направленного действия вибратора. Расчет входного сопротивления вибратора методом эквивалентных схем. Электрическим вибраторомназывают излучатель электромагнитных волн в виде тонкого проводника длины l1+l2 и радиуса а, возбуждаемого в точках разрыва генератором ВЧ. Вибраторы широко применяются как в качестве самостоятельных антенн, так и в виде элементов сложных антенных систем. Под воздействием ЭДС генератора в вибраторе возникают продольные электрические токи, которые распределяются по его поверхности таким образом, что создаваемое ими электромагнитное поле удовлетворяет уравнениям Максвелла, граничным условиям на поверхности проводника и условию излучения на бесконечности. Вследствие осевой симметрии электрические токи на боковой поверхности проводника вибратора имеют только продольные составляющие
К вычислению дальнего поля Диаграммы направленности вибратора симметричного вибратора
Сформулируем характерные особенности поля излучения симметричного вибратора, следующие из анализа выражения (*). 1. Фаза напряженности поля в дальней зоне не зависит от углов наблюдения. Поэтому вибратор имеет фазовый центр, совпадающий с его серединой. 2. Излучение вибратора не зависит от азимутального угла φ, т. е. ДН в экваториальной плоскости (в плоскости вектора Н)равномерна. 3. В направлении оси вибратора поле излучения равно нулю. 4. Форма ДН в меридиональной плоскости (плоскости вектора Е) зависит от отношения длины плеча вибратора к рабочей длине волны. Семейство характерных ДН вибратора в меридиональной плоскости для различных l/λ, приведено на рис. вверху справа . Полная ширина ДН вибратора по уровню половинной мощности равна 90° при l/λ → 0,80° при l/λ = 0,25 и уменьшается до 44° при l/λ = 0,55. При l/λ > 0,5 в ДН вибратора возникают боковые лепестки. Это объясняется появлением при таких длинах противофазных участков в функции распределения тока вдоль вибратора. При l/λ = 1 излучение вибратора в направлении θ = 90° исчезает и в ДН вибратора остаются два одинаковых лепестка, отклоненных на углы ±32° относительно нормали к оси z. Из-за отмеченного разрушения формы ДН при длинах плеч более 0,55λ, столь длинные вибраторы применяются крайне редко. Наиболее распространенным является полуволновый вибратор с длиной плеча 0,25λ, нормированная ДН которого имеет вид Сопротивление излучения симметричного вибратора принято относить к току в пучности распределения, т.е:
Подставляя сюда выражение
для напряженности поля вибратор, приходим к формуле для сопротивления излучения в пучности:
Сопротивление излучения КНД симметричного вибратора в электрического вибратора направлении θ=90°
Результат интегрирования предоставлен на графике: Сопротивление излучения полуволнового электрического вибратора равно 73,1 Ом, а сопротивление излучения волнового вибратора (l=0,5l) равно 199 Ом. Осциллирующий характер графика
т.е. Для определения КНД симметричного вибраторав направлении Q=90° (при l/l<0,64 это направление максимального излучения)удобно использовать формулу:
Подставляя сюда напряженность поля из (*) для Q=90°, получаем формулу для расчета КНД:
График изменения КНД симметричного вибратора в зависимости от отношения l/l показан на рисунке. Для полуволнового вибратора D=1,64, для симметричного волнового вибратора D=2,41 и для вибратора длиной l=0,625l D=3,36. Падение КНД при l>0,625l объясняется изменением формы ДН, а именно уменьшением главного лепестка и возрастанием боковых лепестков. Расчет входного сопротивления вибратора методом эквивалентных схем.Согласно этому методу анализируемой антенне ставится в соответствие некоторая эквивалентная цепь с распределенными или сосредоточенными параметрами. Значения параметров подбираются таким образом, чтобы входное сопротивление цепи наилучшим образом аппроксимировало входное сопротивление антенны в нужной полосе частот и правильно передавало зависимость ZВХ от размеров антенны.
С учетом коэффициента замедления получаем:
Находим требуемое расчетное соотношение для распределенного сопротивления излучения симметричного вибратора, приходящегося на единицу длины:
Поскольку распределенное сопротивление излучения значительно, следует учесть его влияние на волновое сопротивление вибратора:
где L1 и С1 - погонные индуктивность и емкость эквивалентной линии. Принимая во внимание, что R1/(wL1)=aZB/(wL1)=a/(w имеем
т.е. эквивалентное волновое сопротивление
где волновое сопротивление дается формулой
коэффициент затухания a=R1/ZB и поправочный коэффициент на замедление фазовой скорости берется из экспериментальных графиков. Симметричный магнитный вибратор. Конструкция, использование принципа перестановочной двойственности для определения поля в дальней зоне, а также проводимости излучения и входной проводимости. Рассмотрим вибратор цилиндрической формы длины 2l и радиуса а, выполненный из идеального магнитного проводника и симметрично возбуждаемый в середине магнитодвижущей силой (МДС)
Связанные вибраторы. Метод наводимых ЭДС. Система связанных вибраторов. Схема замещения системы связанных вибраторов. Использование метода наводимых ЭДС для определения элементов матрицы сопротивлений. Для увеличения КНД и получения одностороннего излучения используют антенную систему состоящую из нескольких вибраторов. Различают активные и пассивные вибраторы. Активные - подсоединенные непосредственно к вибратору, пассивные - не подсоединенные. Пусть имеется два параллельно расположенных вибратора. Для определения токов и напряжений на входах вибратора систему можно представить схемой замещения здесь zHi - комплексное сопротивление нагрузки; ei-ЭДС от генератора (в случае пассивного вибратора e1=0), комплексные сопротивления z11, z22, …- комплексные сопротивления вибраторов. z12=z21 - взаимные сопротивления, учитывающие связь между вибраторами. Расстояние d обычно составляет от 0 до l/4. При условии что d много больше а, а а<<l можно считать, что ток
![]() где Мощность на входе вибраторов можно представить в виде:
Из системы (*) можно записать, что
Сопоставляя мощности, приходим к соотношению:
Выражение для z22 и z21=z12 получаются очевидной заменой индексов 1Û2. Касательные составляющие ЕZ11 по существу представляют собой ЭДС, приходящееся на единицу длины вдоль боковой поверхности вибратора и порождаемые токами либо второго, либо первого вибратора, что и объясняет название метода наводимых ЭДС. Особенность: небольшие ошибки в задании распределения тока приводят к значительно меньшим ошибкам во взаимных и собственных сопротивлениях этим и объясняется широкое применение метода наводимых ЭДС в расчетах, он также положен в основу стандартных программ ЭВМ.
|