Баранов С.А. Лекции по антеннам радиосистем
Подождите немного. Документ загружается.
31
Диапазонная
схема
(
диско
-
конусный
вибратор
)
а
/
λ
max
= 0,0175
b/
λ
max
= 0,25
подбираются
экспериментально
с
/
λ
max
= 0,275
а
/
λ
РОТ
= 0,175 ÷ 0,45
д
)
Турникетные
вибраторы
Это
антенны
для
телевидения
или
подвижной
(
сотовой
)
связи
.
Основные
требования
к
ним
:
1.
Поляризация
:
ТВ
–
горизонтальная
,
сотовая
связь
–
вертикальная
;
2.
В
азимутальной
плоскости
F(
φ
) = 1,
т
.
к
.
обычно
в
центре
общ
.
района
,
соты
;
3.
Хорошая
направленность
по
(
не
нужно
"
светить
под
себя
");
4.
Широкополосность
;
5.
Высокие
механические
свойства
,
т
.
к
.
устанавливаются
высоко
,
и
обслуживание
трудно
.
обычные
плоские
(
для
сотовой
связи
)
для
TV
Если
вибраторы
питаются
со
сдвигом
π
/2
одинаковой
амплитудой
,
в
этом
случае
в
плоскости
вибраторов
поляризация
линейная
,
в
остальных
–
эллиптическая
.
Число
этажей
зависит
от
требований
к
ширине
диаграммы
направленности
в
вертикальной
плоскости
с
а
b
90
0
λ
/2
λ
/2
изолятор
32
4. ИЗЛУЧЕНИЕ СВЯЗАННЫХ ВИБРАТОРОВ
4.1
Диаграмма
направленности
связанных
вибраторов
Для
увеличения
направленности
используют
комбинации
антенн
.
Рассмотрим
вибраторы
,
находящиеся
в
непосредственной
близости
один
от
другого
,
так
,
что
их
взаимное
влияние
велико
.
Такие
вибраторы
называются
связанными
.
Ψ
⋅=
j
.
.
eq
I
I
1
2
Θ+= cosdRR
21
2
2
2
2
1
1
1
1
21
6060
jkRjkR
e)(F
R
Ij
e)(F
R
Ij
EEE
−−
⋅Θ⋅
⋅
+⋅Θ⋅
⋅
=+=
Θ
−
Θ
⋅
=Θ=Θ=Θ
cos
klcos)sinklcos(
)(F)(F)(F
b21
Диаграммы
направленности
одинаковы
и
параллельны
, sin
Θ
–
т
.
к
.
Θ
–
от
нормали
.
021
111
RRR
==
[
]
1
1
1
160
jkRcosjkdj
b
eeeq)(F
R
I
jE
−Θ−Ψ
⋅⋅+⋅Θ⋅⋅=
[ ] [ ]
)(F)coskdcos(qq
)coskdcos(qq)(F
R
I
)coskdsin(q)coskdcos(q)(F
R
I
E
K
b
b
Θ=Θ−Ψ⋅++
Θ−Ψ⋅++⋅Θ⋅=
=Θ−Ψ⋅+Θ−Ψ⋅+⋅Θ⋅=
21
2160
160
2
2
1
1
22
1
1
)(F
K
Θ
-
множитель
комбинирования
,
интерференционный
множитель
.
)(F)(F)(F
Kb
Θ⋅Θ=Θ
Возьмем
q = 1
2
4
2
4
π
λ
λ
π
λ
==
⇒
= kdd
ψ
– var.
чтобы
не
учитывать
)(F
b
Θ
рассмотрим
в
плоскости
φ
)coskdcos()(FF)(F
K
ϕϕϕ
−Ψ+⋅=⋅=
12
1
d cos Θ R
1
R
2
Θ
d
1
2
I
0
I
1
33
Наибольший
интерес
представляет
случай
ψ
= +
π
/2,
т
.
к
.
получается
однонаправленное
излучение
.
Режим
работы
при
котором
второй
вибратор
усиливает
поле
в
направлении
первого
и
ослабляет
в
противоположном
ψ
=
π
/2 –
режим
рефлектора
.
Режим
работы
при
котором
второй
вибратор
ослабляет
поле
в
направлении
первого
и
усиливает
в
противоположном
ψ
= -
π
/2 –
режим
директора
..
В
режиме
рефлектора
фаза
второго
опережает
фазу
первого
на
π
/2,
в
режиме
директора
отстает
на
π
/2.
4.2
Собственные
и
взаимные
сопротивления
ΣΣΣ
+= jxRz
для
вибратора
)kl(ctgjP
kl
sin
R
z
A
ВХ
−=
Σ
2
В
случае
связанных
вибраторов
первый
вибратор
излучает
дополнительную
мощность
за
счет
токов
,
подведенных
вторым
вибратором
.
Этой
мощности
ставят
в
соответствие
некоторое
сопротивление
,
которое
называется
взаимным
сопротивлением
антенн
.
d,l,l(fz
.
21
12
=
,
взаимной
ориентации
) –
для
вибраторов
.
Задача
определения
12
.
z
решается
достаточно
сложно
,
поэтому
рассмотрим
В
литературе
имеются
графики
и
таблицы
для
самых
различных
вариантов
связанных
вибраторов
и
их
ориентаций
.
1 2
ψ = 0
2 1
ψ = π/2
2 1
ψ = π
2 1
ψ = - π/2
~
~
1
2
34
1) d
→
0, z
12
→
z
ВХ
= 73,1 + j 42,3;
2) R
12
, x
12
–
колебательный
характер
;
3)
они
асимптотически
убывают
~1/kd.
4.3
Расчет
соотношений
токов
связанных
вибраторов
Рассмотрим
случай
,
когда
активный
(
возбуждается
ЭДС
–
.
e
1
)
только
первый
вибратор
.
Второй
вибратор
–
пассивный
в
нем
только
наведенные
токи
.
( )
H
H
.
.
j
.
.
H
....
.....
xxjR
xjR
xjz
z
eq
I
I
xjzIzI
zIzIe
++
⋅+
−=
⋅+
−=⋅=
⋅++=
+=
Ψ
2122
2121
22
21
1
2
222211
122111
1
0
( )
2
22
2
22
2
21
2
21
H
xxR
xR
q
++
+
=
;
22
22
21
21
R
xx
arctg
R
x
arctg
H
+
−+=Ψ
π
1211
1
1
.
j
.
.
.
ВХ
.
zeqz
I
e
z
Ψ
⋅+==
,
т
.
е
.
меняется
не
только
диаграмма
направленности
из
-
за
влияния
второго
вибратора
,
но
и
входное
сопротивление
.
КНД
связанных
вибраторов
а
)
Для
одиночного
jkR
e
cos
klcos)sinklcos(
R
Ij
E
−
⋅
Θ
−
Θ
⋅
⋅
⋅
=
1
60
( )
R
e
,F
DRI
jE
jkR−
Σ
⋅⋅⋅=
ϕ
π
ϖ
0
1202
1
R
12
X
12
20
40
60
1,0
2,0 3,0
-20
-40
R
12
X
12
d/
λ
~
.
e
1
.
I
1
.
I
2
jx
H
1
2
35
( )
( )
Θ=
=
Σ
Σ
МАКС
МАКС
F
R
D
,F
R
D
2
2
120
0
120
ϕ
maxF =
2
при
Θ
= 0
(
)
( )
2
2
2
1
120
1
klcos
R
D
klcosF
МАКС
МАКС
−=
−=
Σ
б
)
для
связанных
вибраторов
( ) ( ) ( )
kdcosqqklcosF
МАКС
−Ψ++−=Θ 211
2
если
q = 1,
а
ψ
= ±
π
/2 (
режим
директора
,
рефлектора
)
(
)
2
12
klcosF
МАКС
−=
( )
2
1211
1
480
klcos
RR
D
МАКС
−
+
=
4.4 Влияние Земли и плоских экранов на и злучение антенн
а
)
Экран
или
Земля
(
для
низких
частот
) –
идеально
проводящие
.
Можно
воспользоваться
методами
зеркальных
отображений
.
Горизонтальная
поляризация
Вертикальная
поляризация
Дальнейшее
решение
идет
как
для
связанных
вибраторов
с
полученным
соотношением
токов
.
б
)
Неидеально
проводящая
Земля
Необходимо
использовать
коэффициенты
Френеля
1)
Вертикальная
поляризация
Θ−+Θ⋅
Θ−−Θ⋅
=⋅=
Φ
2
2
cossin
cossin
eFF
/
i
/
i
/
i
/
i
bj
bb
εε
εε
+ -
+ -
I
1
I
2
I
2
/I
1
= -1
+
-
+
-
I
1
I
2
I
2
/I
1
= 1
Θ
Θ
H
r
E
r
/
i
ε
П
r
E
r
П
r
H
r
36
/
i
ε
-
комплексная
диэлектрическая
проницаемость
Земли
2)
Горизонтальная
поляризация
Θ−+Θ
Θ−−Θ
=⋅=
Φ
2
2
cossin
cossin
eFF
/
i
/
i
гj
ГГ
ε
ε
/
i
ε
→
∞
b
F
→
1
Г
F
→
-1
По
известным
коэффициентам
Френеля
влияния
Земли
и
экрана
учитывается
так
же
,
как
и
для
метода
зеркальных
отображений
Φ
⋅⋅=
j
A
eFII
3
а
)
Диаграмма
направленности
горизонтального
вибратора
над
землей
∆+= sinhRR
2
12
( )
( )
2
0
2
21
2
1
0
1
1
1
60
1
60
jkR
j
jkR
eklcos
R
eFIj
E
eklcos
R
Ij
E
−
Φ
−
⋅−⋅
⋅⋅⋅
=
⋅−⋅
⋅
=
( )
( )
[
]
( ) ( )
[ ]
( )
[ ]
( )
∆−Φ++=∆−Φ⋅+∆−Φ⋅+=∆
⋅+⋅−⋅
⋅
=+=
∆−Φ−−
sinkhcosFFsinkhsinFsinkhcosFF
eFeklcos
R
Ij
EEE
sinkhjjkR
221221
11
60
22
2
2
2
22
2
223
22
2
1
0
1
21
Ес
ли
земля
и
экран
идеальные
проводники
σ
→
∞
Φ
2
→
π
│
Г
F
│
→
1
(
)
(
)
(
)
∆=∆−=∆ sinkhsinsinkhcosF 2212
3
Θ
Θ
H
r
E
r
/
i
ε
П
r
E
r
П
r
H
r
А
А
3
R
1
R
0
R
2
h
h
∆
2 h sin
∆
h/
λ
≤
0,25
48,6
0
14,5
0
30
0
h/
λ
= 0,5 h/
λ
= 1,0
37
При
уменьшении
проводимости
земли
σ
↓
происходит
"
заплывание
"
нулей
Сопротивление
излучения
1211
ZZZ −=
Σ
-
т
.
к
.
токи
противофазны
;
(
)
h,lfZ
2
12
=
-
определяется
из
графиков
.
КНД
( ) ( )
( )
2
2
2
1
480
1
120
klcos
R
D
Fklcos
R
D
П
МАКС
МАКС
П
−=
∆−=
Σ
Σ
для
h/
λ
= 0,25 R
11
= 73,1
Ом·
R
12
= 26
Ом
=> R
∑П
= 100
Ом
D
МАКС
= 4,8
Множитель
Земли
имеет
один
и
тот
же
вид
для
любой
антенны
(
)
(
)
(
)
∆⋅∆=∆
ЗЕМЛИ
FfF
1
Горизонтально
поляризованные
антенны
вдоль
Земли
не
излучают
.
б
)
Диаграмма
направленности
вертикального
вибратора
над
Землей
(
)
( )
∆−Φ++⋅
∆
−
∆
⋅= sinkhcosFF
cos
klcossinklcos
R
I
E 221
60
22
2
2
0
1
σ
→
∞
Φ
b
→
0
│
b
F
│
→
1
(
)
(
)
(
)
∆=∆+=∆ sinkhcossinkhcosF 2212
3
1)
Вертикально
вверх
излучение
равно
нулю
,
т
.
к
.
вибратор
по
оси
не
излучает
;
2)
Вдоль
поверхности
всегда
максимальное
;
3)
Если
земля
не
идеальная
происходит
"
заплывание
"
нулей
;
h/
λ
= 0,5
А
1
А
2
R
1
R
2
h
h
∆
2 h sin
∆
h
1
h
2
> h
1
38
Вертикально
поляризованные
антенны
всегда
имеют
максимум
вдоль
земли
(
экрана
).
1211
ZZZ +=
Σ
-
сопротивление
излучения
D –
рассчитывается
по
тем
же
формулам
,
что
и
для
горизонтального
.
5. «Анализ излучения линейных антенн» .
5.1
линейные
излучающие
системы
.
Идеальный
линейный
излучатель
.
Антенна
называется
линейной
,
когда
токи
распределяются
непрерывно
или
дискретно
вдоль
линии
.
Линейная
антенна
с
дискретными
излучателями
(
токами
) –
линейная
антенная
решетка
.
Длина
линейной
решетки
может
быть
произвольной
,
а
поперечные
размеры
малы
или
соизмеримы
с
длиной
волны
.
Характеристики
излучения
линейной
антенны
определяются
законом
распределения
центров
токов
(
излучателей
)
и
комплексных
амплитуд
токов
-
амплитудно
-
фазовым
распределением
.
Элементы
решетки
на
одинаковом
расстоянии
(
регулярно
) –
эквидистантная
решетка
.
Если
все
токи
одинаковы
-
линейная
система
с
равномерным
возбуждением
по
амплитуде
.
Если
фазы
во
всех
точках
одинаковы
-
синфазная
антенна
.
Д
линейной
антенны
определяется
методом
суперпозиции
:
Ε θ
(
)
⋅ Α F1⋅ θ
(
)
⋅ fΣ⋅ θ
(
)
⋅ ⋅
Где
A-
амплитудный
множитель
,
F1(Q)-
векторная
комплексная
характеристика
направлении
элементов
системы
,
F(Q)-
множитель
системы
(
он
определяется
размерами
и
амплитудно
-
фазовым
распределением
.
Если
линейная
решетка
(
совокупность
излучателей
)
fΣ θ
( )
⋅
1
N
n
In e
γκZn cos⋅ θ
(
)
⋅
⋅
∑
=
2
I
n
(
)
⋅
I
n
(
)
e
γФ n( )⋅
⋅
Zn-
расстояние
от
центра
решетки
до
элемента
с
потерями
.
Если
линейная
антенна
с
непрерывным
распределением
.
fΣ θ
( )
⋅
L−
2
L
2
zIn z( )⋅ e
γκZn cos⋅ θ
( )
⋅
⋅
⌠
⌡
d
I
z
(
)
⋅
I
z
(
)
e
γФ z( )⋅
⋅
Идеальный
линейный
излучатель
–
это
антенна
с
непрерывным
распределением
и
током
:
I z( ) ⋅ Iο e
γκz⋅
⋅
Амплитуда
постоянна
,
фаза
линейна
.
39
Рис
1.
Равномерное
амплитудное
(
а
)
и
линейно
фазовое
(
б
)
распределение
возбуждения
в
идеальном
линейном
излучателе
.
-
коэффициент
замедления
волны
.
ξ 0>
волна
по
оси
Z.
ξ 0<
волна
навстречу
Z.
V-
скорость
распространения
волны
тока
.
ξ
0
:=
линейная
антенна
с
синфазным
возбуждением
0 ξ<
1
<
линейная
антенна
с
быстрой
волной
тока
1 ξ<
линейная
антенна
с
замедленной
волной
тока
5.2
Анализ
характеристики
излучения
линейной
антенны
с
непрерывным
распределением
тока
.
Рассмотрим
идеальный
линейный
излучатель
.
fΣ θ
( )
L−
2
L
2
zI z( ) e
γkz cos θ( )⋅
⋅
⌠
⌡
d I0
L−
2
L
2
ze
γkz cos θ ξ−( )⋅
⌠
⌡
d⋅
I0
e
γkL
2
cos θ ξ−( )⋅
e
γkL−
2
cos θ ξ−( )⋅
−
γ k⋅ cos θ ξ−
( )
⋅
⋅ I0 L⋅
sin
kL
2
cos θ ξ−
( )
⋅
kL
2
cos θ ξ−
( )
⋅
⋅
ξ
C
V
:=
40
,
где
ψ
kL
2
cos θ ξ−
(
)
⋅
Нули
ψ n π⋅
или
ψ n−
π
⋅
обобщенная
угловая
переменная
Максимумы
ψ nπ
π
2
+
или
ψ nπ−
π
2
+
f ψбокmax
( )
2
2 n⋅ π⋅ π+
1
ψmax
и
не
зависит
от
длины
антенны
.
Они
зависят
от
распределения
тока
.
f1бок
1
3 π⋅( )
2
2
3 π⋅
0.21
ln
f1бок
(
)
13.2
−
deg
ψ
K L
⋅
( )
2
cos θ ξ−
(
)
⋅
-
обобщенная
угловая
переменная
равна
половине
разности
фаз
поля
в
дальней
зоне
с
учетом
разности
хода
и
замедления
.
θ 0 ψ ψ max
K L
⋅
( )
2
1 ξ−
(
)
⋅
θ
π
2
ψ
K L
⋅
( )
−
2
θ π ψ ψmin
K L
⋅
( )
2
− 1 ξ+
( )
⋅ ψmax ψmin− K
L
⋅
Эта
зона
видимых
углов
,
дальше
идет
зона
мнимых
углов
.
В
зависимости
от
ξ
зона
видимых
углов
перемещается
по
sin ψ
(
)
ψ
В
зависимости
от
ξ
различают
несколько
режимов
работы
.
При
этом
направление
max
излучения
совпадает
с
ψ
0
ψ
0
ψ 0
kL
2
cos θ ξ−
( )
⋅ 0 cos θ
( )
ξ
θmax arg cos ξ
( )( )
fΣ θ
( )
sin
kL
2
cos θ ξ−
( )
⋅
kL
2
cos θ ξ−
( )
⋅
sin ψ
( )
ψ