Добавил:

Adamant Студент, если у тебя есть завалявшиеся работы, то не стесняйся, загрузи их на СтудентФайлс! Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Петербургский государственный университет путей сообщения им. императора Александра I

Предмет:

Антенно-фидерные устройства

Файл:

АФУ_Экзамен

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.06.2023

Размер:

7.65 Mб

Скачать

☆

1 / 61 2 3 4 5 6 > Следующая >>>

		Оглавление
1.	Система вибраторов и ее диаграмма направленности. Примеры ......................................		2
2.	Действующая высота антенны. Способы увеличения действующей высоты антенны ...		5
	Сопротивление излучения вибратора....................................................................................		8
3.	Антенна, работающая в режиме бегущей волны (провод с бегущей волной тока). ........		9
4.	Антенны бегущей волны. .....................................................................................................		12
5.	Излучение поверхностных волн. .........................................................................................		14
6.	Длинноволновые и средневолновые антенны. Антенны, применяемые в сетях ПРС
диапазона ГМВ. .........................................................................................................................			17
	Антенны, применяемые в сетях ПРС диапазона ГМВ (2,13 и 2,15 МГц) .......................		20
	Приемные антенны ДВ и СВ................................................................................................		22
	Антенны средних волн..........................................................................................................		25
7.	Принцип действия и диаграммы направленности Г-образной антенны .........................		26
8.	Возимые антенны ГМВ диапазона ......................................................................................		28
9.	Антенна типа наклонный луч. Рамочная антенна..............................................................		30
	Рамочная антенна ..................................................................................................................		31
10.		Кардиоидные антенны ........................................................................................................	32
11.		Рефлекторы. Активный рефлектор....................................................................................	35
12.		Рефлекторы. Пассивный рефлектор ..................................................................................	36
13.		Ромбическая антенна...........................................................................................................	37
14.		Антенны ультракоротких волн. Антенна типа «волновой канал». ................................	38
	Антенна типа «волновой канал» (директорная антенна) ..................................................		39
15.		Рупорные антенны...............................................................................................................	40
16.		Спиральная антенна. Крайние случаи геометрии спиральной антенны .......................	44
	Крайние случаи геометрии спиральной антенны ..............................................................		47
17. Зеркальные параболические антенны (рефлекторные) ...................................................			48
18.		Волноводы. Принцип действия. Классификация волн в волноводе ..............................	50
	Классификация волн в волноводе........................................................................................		51
19.		Распространение энергии в волноводе, как результат отражения элементарных волн
от его стенок...............................................................................................................................			52
20.		Фазовая и групповая скорости волн в волноводе ............................................................	54
Важно знать................................................................................................................................			56
Дополнительные вопросы.........................................................................................................			56

1. Система вибраторов и ее диаграмма направленности. Примеры

Пусть в антенне n излучателей, расположенных по прямой линии на расстоянии d и питающихся токами равных амплитуд. Пусть ток в излучателе p отстает от тока в излучателе p-1 на угол φ. Предположим, что расстояние много меньше расстояния до точки М, тогда можно считать лучи, идущие от излучателей к точке М параллельными.

Расстояние от излучателей до т. М =

r1 = r

r2 = r − d ∙ cosθ

rp = r − (p − 1) ∙ d ∙ cosθ

Комплексные амплитуды полей, создаваемых вибраторами в точке М равны:

	E1 = E0 ∙ e−jβr
1) {	E2 = E0 ∙ e−jβ(r−cosθ) ∙ e−jφ	, β – фазовая постоянная
	Ep = E0 ∙ e−jβ(r−(p−1)dcosθ) ∙ e−j(p−1)φ

Пусть βdcosθ − φ = δ, тогда для результирующей поля в точке М получим

EΣ = E0e−jβr[1 + ejδ + ej2δ + + ej(n−1)δ] )

[] – геометрическая прогрессия с множителем q = ejδ

n 1−qn Сумма ∑i=0 q = 1−q

Заменив [] в 2), получим

nδ

−jβr

2 (e−j

−ej

2 )

EΣ = E0e

∙

ej2(e−j2

−ej2)

или

n−1

−j(βr−

δ)

sin n2

EΣ = E0e

∙

sin

В формуле 4) множитель

sin n2

f1(θ) = δ 5) – характеристика направленности

sin2

ненаправленных излучателей.

Т.о., система излучателей приобретает направленные свойства, хотя каждый из излучателей не направлен.

Подставим δ в формулу 5):			n
			n	(β ∙ d ∙ cos θ))
	(θ) =	sin(2		(β ∙ d ∙ cos θ))
f1					)
f1		1			)
		1	(β ∙ d ∙ cos θ − φ))
		sin(2	(β ∙ d ∙ cos θ − φ))

Влияющие величины на функцию направленности: φ- угол сдвига фаз между токами, питающие сосед. излучатели.; d- расстояние между излучателями; n- кол-во излучателей. Чтобы управлять и влиять на ДН необходимо менять угол φ.

Запишем 4) в виде:

= E

e−jβ(r−

n−1

d∙cosθ) ∙ e−j

n−1

φ ∙ f (θ)

)

n−1

r −

d ∙ cos θ = r –

расстояние

от

точки М

до

геометрического центра системы

излучателей.

EΣ = E0 ∙ f1

−j(β∙r0+φ0)

)

(θ) ∙ e

Следовательно, (ф.8) систему излучателей можно заменить одним излучателем, расположенным в центре системы. Фаза тока такого излучателя равна φ0, а функция направленности определяется выражением 6).

Если каждый излучатель имеет характеристику направленности f2(θ).

Тогда модуль амплитуды напряженности поля в точке М от одного излучателя будет не E0, а E0 ∙ f2(θ) и формула 8) приобретает вид:

EΣ = E0 ∙ f1(θ) ∙ f2(θ) ∙ e	−j(β∙r0+φ0)	)

Вывод: таким образом, система из n одинаковых направленных излучателей также можно заменить одним излучателем, но имеющим характеристику направленности: f(θ) = f1(θ) ∙

f2(θ) ),

где f1(θ) – функция направленности системы ненаправленных излучателей (по формуле

6))

f2(θ) – функция направленности одного излучателя.

Пример 1. Построим характеристику направленности двух излучателей, расположенных на расстоянии d = λ⁄2. Токи в излучателях синфазны. Каждый излучатель обладает

характеристикой направленности f2(θ) = sin θ.

Характеристику f1(θ) системы из двух ненаправленных излучателей найдем по формуле 6), подставив в неё n=2, d = λ⁄2, ϕ=0.

		sin(2π	∙ λ		∙ cos θ)				sin(π ∙ cos θ)
f1	(θ) =	λ	2					=
f1	(θ) =	1						=	1
		sin(2	π ∙ cos θ)						sin(2	π ∙ cos θ)
	f(θ) = 2 cos			(		π	∙ cos θ)			)
	f(θ) = 2 cos			(		2	∙ cos θ)			)

Так как fmax(θ) = 2, то нормированная характеристика направленности имеет вид

F(θ) =	f(θ)	= cos (	π	∙ cos θ)

	f (θ)		2
	max

Данная функция имеет ДН:

1 2

Пример 2. Пусть антенна состоит из четырёх ненаправленных излучателей 1-4. Пусть токи в излучателях 2 и 4 совпадают по фазе, а в излучателях 1 и 3 отстают по фазе на π⁄2 от

токов излучателей 2 и 4.

Характеристика направленности f1(θ) двух излучателей 2 и 4 или 1 и 3 определяется по формуле 11) (d = λ⁄2 , n = 2, φ = 0).

В формуле 11) угол θ отсчитывается от горизонтальной оси, а в данном случае угол ψ от вертикали, причём ψ = θ + π⁄2. Поэтому f1(ψ) = 2 cos(π⁄2 ∙ cos ψ).

Таким образом, каждую пару излучателей (1 и 3, 2 и 4) можно заменить одним, расположенным в геометрическом центре этой пары – в точках О и О1. Каждый из таких излучателей обладают характеристикой направленности f1(ψ).

Найдем характеристику направленности двух излучателей О и О1, считая их ненаправленными (d = λ⁄4 , n = 2, φ = π⁄2):

f2(θ) = 2 cos(4 ∙ (cos θ − 1))

Характеристику направленности всей антенны определим по формуле (10):

f(θ, ψ) = f1

(ψ) ∙ f2(θ) = 4 cos (

∙ cosψ) ∙ cos (

∙ (cosθ − 1))

ψ = θ +

F(θ) = cos(

∙ sin θ) ∙ cos(

∙ (cosθ − 1))

Вывод:

1)ДН ряда вибраторов является произведением двух функций f1(θ) — множитель решетки и f1(θ) — функция направленности одиночного вибратора.

2)Для ряда вибраторов излучение эквивалентно излучению одиночного вибратора, расположенного в средней точке этого ряда и является сферическим и бегущим.

3)В случае расположения системы излучателей над проводящей поверхностью функция направленности будет включать дополнительный множитель f3(θ):

f(θ) = f1(θ)* f2(θ)* f3(θ)

f3(θ) — функция направленности, учитывающая влияние излучателей зеркального отображения системы излучателей от проводящего экрана.

Важные параметры:

Количество n и угол сдвига фаз между токами; функция направленности 1 вибратора, нескольких вибраторов, влияние зеркального отображения.

2. Действующая высота антенны. Способы увеличения действующей высоты антенны

Под заземленным или несимметричным вибратором понимается такой, который подключается одним зажимом к источнику ЭДС, а другой заземляется.

Заземлённый вибратор в совокупности со своим зеркальным отображением образует симметричный вибратор. Заземленный вибратор в совокупности со своим зеркальным отображением образует симметричный вибратор, поэтому ДН заземленного вибратора представляет собой верхнюю половину ДН симметричного вибратора. Максимум излучения вертикального заземлённого вибратора при идеальной проводимости находится на поверхности Земли.

Imz

z	dz
h
	hд
	Imo
	I mn

Начало координат совпадает с вершиной вибратора. Oz направлена по его оси. Imz – амплитуда тока на расстоянии z от вершины вибратора;

Imn – амплитуда тока в пучности;

Imo – амплитуда тока в основании антенны; h – геометрическая высота антенны;

hд – действующая высота антенны.

Действующая высота вибратора – высота такого эквивалентного ему вибратора, ток вдоль которого распределён равномерно.

Эквивалентные вибраторы – создающие поле одинаковой напряженности в направлении максимального излучения антенны или если их моменты токов (ток каждого вибратора) равны.

В этом направлении отсутствует разность хода волн от симметричных элементов вибратора в следствие чего результирующее поле равно алгебраической сумме полей всех элементарных участков вибратора, каждый из которых эквивалентен элементарному вибратору.

Амплитуда напряженности поля элементарного вибратора пропорциональна моменту тока излучения в метр*амперах.

На концах вибратора ток равен 0!

Элементарный момент тока:

Imz * dz

Полный момент тока:

Im * l Imz * dz

Если в качестве эквивалентного вибратора взять такой, в котором по всей длине ток одинаков и равен току у основания IM0, то к последнему можно применить формулы, выведенные для элементарного вибратора. Высота эквивалентного вибратора называется

действующей высотой истинного вибратора. В нашем консп. действ.высота hд , а здесь ha

hä h

Из условия равенства моментов тока:

Imo * hä Imz * dz

I mo Imn * sin h Imz Imn * sin z

1 cos h

* sin z * dz

* ( cos z)

* sin h

sin h

cos 1 2 * sin2

sin 2 * sin

* cos

hä

1-й случай h<<λ

(при малых углах)

2-й случай h=λ/4

* 4

0,64 * h

Для повышения эффективности излучения (увеличение тока) необходимо увеличивать действующую высоту антенны. Можно увеличить ДВ с помощью крыши или емкости.

В настоящее время пользуются на практике способом увеличения действующей высоты антенны за счёт организация емкостей на концах вибраторов. Для этого высоту вертикальной части Г-образной антенны надо выбирать такой величины, чтобы пучность располагалась в ее середине, а суммарную длину антенного провода несколько больше четверти длины волны.

Также увеличение геом. высоты заземлённого вибратора от весьма малой высоты до λ⁄4сопровождается увеличением его действующей высоты от 0,5 до 0,64h его геом. высоты.

Заземленный вертикальный вибратор высотой h в совокупности со своим зеркальным отображением образует симметричный вибратору длиной l = 2h, а потому и действующая

высота симметричного вибратора в 2 раза больше действующей высоты соответствующего заземленного вибратора. Следовательно если длина симметричного вибратора l << λ, то hд = l/2, действующая высота вибратора hд = λ/π.

Сопротивление излучения вибратора

Равномерное излучение тока по действующей высоте реальной антенны позволяет считать ее эквивалентной элементарному вибратору, и если симметричный вибратор длины l << λ находится в свободном пространстве и имеет действующую высоту hд, то в соответствии с формулой, полученной для элементарного вибратора, его сопротивление излучения будет равно:

3. Антенна, работающая в режиме бегущей волны (провод с бегущей волной тока).

Это провод, к концам которого подключается индуктивное сопротивление, равное волновому, для того, чтобы обеспечить режим бегущих волн.

Рассмотрим поле излучения основного элемента такой антенны – провода длинной «l», обтекаемого бегущей волной тока.

z b

-x

Для обеспечения в линии режима бегущей волны необходимо нагрузить провод на сопротивление, равное волновому.

Если в элементарном участке dx, расположенном в середине провода имеется синусоидальный ток амплитудой Im, то этот ток возбуждает в воображаемой точке М эл

поле напряженность которого имеет амплитуду dEm = 60πIrλ m sinφ dx и мгновенное значение dE0 = 60πIrλ m sinφ dx sin(wt − αr). Для бегущей волны тока амплитуда одинакова во всех сечениях провода, а фаза волны по мере ее распространения на расстоянии х отстает на угол αх = 2πλ х. Следовательно ток в сечении 1 отсутствует, а в сечении 2 опережает по фазе на угол αх ток в сечении провода.

1 / 61 2 3 4 5 6 > Следующая >>>