Выбор геометрических размеров

Для выбранной антенны определим размеры элементов панели. Все размеры зависят от частоты, на которой будет работать антенна, берётся средняя частота полосы λ = 0.61224 м.

Длина одного плеча вибратора берётся примерно L_плеча = 0.24, т.е. получим L_плеча = 0.147 м. Плечё выполняется из стальных полос, у которых начальные участки выполнены в виде конусов, концы вибраторов закруглены. Расстояние между вибраторами b = 0.5 = 0.306 м. Расстояние между вибраторами и апериодическим рефлекторам выбирается в пределах d = 0.2-0.35. Оно должно быть, для создания равномерной круговой диаграммы в горизонтальной плоскости, как можно меньше. Возьмём минимальное d = 0.2 = 0.1225 м.

R – расстояние от фазового центра панели до геометрического центра, вокруг которого расположены панели. Для его определения необходимо знать горизонтальную длину рефлектора панели, она должна быть не мене чем 0.6. Также она зависит от сечения опорной мачты, которая 0.45*0.45 м.². Возьмём длину рефлектора равную стороне мачты 0.45 м., т.е. примерно 0.735. Тогда R = 0.4675 = 0.2862 м. Высота рефлектора h_реф = 0.8 = 0.48979 м.

Симметричная двухпроводная линия выполняется из труб диаметром 20 мм и длиной равной средней длине волны (l = 0.61224 м.) замкнутая на концах, является согласующим устройством. Симметрирующее устройство выполнено в виде согнутой четверть волновой приставки. Сопротивление двухпроводной линии подбирается примерно 150 Ом.

Для формирования узкого лепестка в вертикальной плоскости ДН необходим большой размах, т.е. много этажей, также для необходимого коэффициента усиления G = 12 дБ нужно много этажей. В источнике 2 приведена таблица зависимости коэффициента усиления от количества этажей для панельной полуволновой антенны, для 24 этажей G = 11.5 дБ. Значит для 12 дБ необходимо большее количество этажей, но при этом с точки зрения экономии и прочности конструкции количество этажей должно быть минимальным. Возьмём n = 28 этажей.

Эскиз одной панели приведён на рисунке 5. Одного этажа на рисунке 6.

Расчёт диаграммы направленности в е и н плоскостях, кнд, коэффициента усиления.

Диаграмма направленности считается в двух плоскостях – в горизонтальной и вертикальной. В горизонтальной плоскости ДН формируется только одним этажом панелей, но учитывается влияние двух взаимно ортогональных панелей от 0 до 90 градусов.

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости:

где d = 0.2 = 0.1225 м. - расстояние между вибраторами и апериодическим рефлектором.

k = 2π/λ = 10.263 рад/м.

Результирующее поле определяется:

где - сдвиг по фазе, определяется как

R = 0.4674 = 0.2862 м. - расстояние от фазового центра панели до геометрического центра.

Рисунок 7

ДН в вертикальной плоскости формируется всеми этажами антенны. ДН в вертикальной плоскости определяется по формуле (8)

(8)

где b = 0.5 = 0.306 м. - расстояние между вибраторами.

Для хорошей передачи необходимо главный лепесток немного прижать к земле на 1-2⁰. Для наклона направления максимального излучения под углом _м = 2⁰ к горизонту необходим сдвиг фаз за счёт питания панелей:

Φ = k D sin (_м)

где D = 0.5λ = 0.306 м. – расстояние между этажами. Тогда Φ = 6.3⁰ = 0.11 рад

С этой поправкой определяем ДН:

(9)

Получившаяся диаграмма направленности представлена на рисунке 8. в декартовых координатах от 0 до –π/2 и на рисунке 9 в полярных координатах.

Рисунок 8.

Рисунок 9.

На практике же обычно переменно питают только два верхних этажа, что приводит к размыванию боковых лепестков и нормальному приёму даже в районе установки передающей антенны.

Коэффициент направленности действия определяется как

(10)

Отсюда D = 28.651 = 14.57 дБ.

КПД антенны принимается примерно равный 1.

Тогда коэффициент усиления в диапазоне СВЧ принимают

G = D η = D = 14.57 дБ

На практике же G меньше чем D, коэффициент усиления примерно Равен G = D/1.6 = 17.9 = 12.53 дБ, что больше требуемого 12 дБ.

В полосе частот 23 канала определим на крайних частотах КНД (изменяется только k).

На нижней частоте f_н = 486 МГц, λ_н = 0.617284 м., k = 2π/λ_н = 10.179, тогда КНД на ней равен:

D_н = 28.384 = 14.53 дБ

На верхней частоте f_в = 494 МГц, λ_в = 0.607287 м., k = 2π/λ_в = 10.346, тогда КНД на ней равен

D_в = 28.842 = 14.6 дБ