Міністерство освіти Російської Федерації.
Рязанська державна радіотехнічна академія.
Кафедра РУС
Курсова робота з дисципліни В«Поширення радіохвиль та АФУ ССПОВ» по темі: В«колінеарності антенна решітка з послідовним збудженнямВ»
Рязань 2005
Введення
У цій роботі необхідно розрахувати колінеарності антенну решітку з послідовним збудженням, для цього ми будемо використовувати модель антенної решітки Марконі-Франкліна. В Як випромінювачів будемо використовувати напівхвильового вібратора, тому у них досить високий ККД.
вібраторних випромінювачі широко використовуються як елементи антенних решіток в метровому, дециметровому і сантиметровому діапазонах хвиль. Широке застосування вібраторних антенних решіток обумовлено рядом їх переваг: відносно малою масою, стійкістю до атмосферним зовнішніх впливів, можливостями складання та швидкого розгортання в мобільних радіотехнічних системах, отримання довільної поляризації і управління поляризаційної характеристикою випроміненого поля, управління діаграмою спрямованості окремих випромінювачів завдяки включенню керованих навантажень.
вібраторних випромінювачі застосовуються також у якості опромінювачів дзеркальних антен і як самостійні слабонаправленние антени.
Конструктивно лінійний симетричний вібратор є провідник довжиною 2l, порушуваний в середині джерелом ЕРС високої частоти (Рис.2.1). Розмір поперечного перерізу провідника 2a значно менше довжини плеча вібратора l. Лінійний симетричний вібратор не випромінює уздовж осі при будь-якій своїй довжині. [1]
Застосування антенних решіток обумовлено наступними причинами. Решітка з N елементів дозволяє збільшити приблизно в N раз КНД (і відповідно посилення) антени в порівнянні з одиночним випромінювачем, а також звузити промінь для підвищення точності визначення кутових координат джерела випромінювання в навігації, радіолокації та інших радіосистемах. За допомогою решітки вдається підняти електричну міцність антени і збільшити рівень випромінюваної (прийнятої) потужності шляхом розміщення в каналах решітки незалежних підсилювачів високочастотної енергії. Перешкодозахищеність радіосистеми залежить від рівня бічних пелюсток (УБЛ) антени і можливості підстроювання (адаптації) його по завадової обстановці. Антенна решітка є необхідною ланкою для створення такого динамічного просторово-часового фільтра або просто для зменшення УБЛ.
Колінеарні антени мають відносно велике посилення. Будуються вони таким чином, щоб, незважаючи на велику довжину антени, виключити ділянки її з струмами протилежного напрямку.
1. Короткий теоретичний матеріал по проектованому типом антен
1.1 Характеристики спрямованості антенних решіток
Під лінійної гратами розуміють систему ідентичних випромінювачів, фазові центри яких розташовані на одній прямій, званої віссю решітки. На рис.1.1 зображена лінійна решітка з подовжньо орієнтирів енних симетричних вібраторів. Відносне відстань d/l між фазовими центрами випромінювачів називається кроком решітки. За характером розподілу випромінювачів розрізняють еквідистантно решітки, у яких все випромінювачі розташовуються з постійним кроком. Застосовують також нееквідістантние решітки, крок яких змінюється по всій решітці, або на її окремих ділянках.
рис.1.1
Для еквідистантно лінійної решітки, що складається з n подовжньо розташованих симетричних вібраторів при їх синфазном і одно амплитудном порушенні напруженість поля в далекій зоні, має вигляд:
колінеарності антенна решітка
де y (q) - фазова характеристика системи. Кут q в цьому випадку відраховується від перпендикуляра до осі грат.
Вираз
являє собою амплітудну характеристику спрямованості лінійного симетричного вібратора.
Інший співмножник називають множником системи:
В напрямку нормалі до осі решітки q = 0 поля всіх вібраторів повинні складатися синфазно, так як різниці ходу хвиль для них в цьому напрямку дорівнюють нулю. Після підстановки q = 0 легко переконатися, що f c (q = 0) = n. Це буде дотримуватися при d
Аналіз множника системи показує, що він має багатопелюсткову структуру, вид якої в залежності від нормованої координати b = (kd)/l * sin (q) представлений на рис.1.2. Ширина основної пелюстки множника системи визначається виразом:
2D 0 В»2l В¤ nd
Ця формула відображає фундаментальне положення теорії антен про те, що підвищення спрямованості випромінювання антен можливо шляхом збільшення її відносних розмірів. Так при довжині решітки nd = 5l маємо 2D 0 = 23 В°, а при nd = 10l 2D 0 = 11,5 В°. Для отримання основної пелюстки шириною близько 3 В° потрібна решітка протяжністю приблизно 40l.
Рівні бічних пелюсток не залежать від розмірів решітки і визначаються по порядковому номером пелюстки i виразом:
рис.1.2
Загальне кількість бічних пелюсток лінійної антенної решітки залежить від кількості елементів і кроку між ними.
Повна характеристика спрямованості решітки визначається добутком f c (q) і f (q). При орієнтації симетричних вібраторів уздовж осі решітки основну роль у формуванні спрямованих властивостей грає множник системи. Це справедливо при nd В»l.
1.2 Коефіцієнт спрямованої дії
Для повного уявлення спрямованих властивостей систем випромінювачів необхідно оцінити КНД. У відповідності із загальною формулою КНД визначається залежністю:
де f (q, f) - нормована характеристика спрямованості антени.
Під багатьох практичних випадках можна не враховувати власні спрямовані властивості елемента грати і покласти f 1 (q, f) = l, т. тобто грати буде складатися з ізотропних випромінювачів. Або припустити, що вона складається з елементарних вібраторів, тобто f 1 (q, f) = sin (q).
Відповідний висновок формул для КНД лінійних синфазних равноамплітудних решіток з ізотропних випромінювачів і елементарних вібраторів широко представлений в літературі по антеною техніці. На рис.1.3 наведено характерні графіки зміни КНД лінійних решіток з поздовжніх елементарних вібраторів від n і d.
При збільшенні кроку d/l КНД спочатку зростає внаслідок звуження головної пелюстки діаграми спрямованості. При деяких оптимальних значеннях d/l, КНД досягає максимуму і
Рис.1.3
при подальшому збільшенні d/l починає падати у зв'язку із збільшенням рівня бічних пелюсток, наступні:
• для решітки ізотропних випромінювачів 0,5;
• для решітки з поздовжніх вібраторів 1.
Аналіз КНД проведений для лінійних решіток, що складаються з елементарних вібраторів, цілком придатний також для решіток, що складаються з симетричних вібраторів, довжина плечей яких не перевищує напівхвилі. Це пояснюється тим, що діаграми спрямованості таких вібраторів трохи відрізняються від діаграм спрямованості елементарних вібраторів.
1.3 Колінеарності антена
Одним з ефективних шляхів реалізації антени вертикальної поляризації з високою спрямованістю полягає в тому, щоб сформувати лінійну антенну решітку, в якої комбінується кілька синфазних колінеарних випромінюючих елементів.
В деяких видах антен між полуволновий випромінюючими елементами для забезпечення синфазного живлення увімкнені котушки індуктивності. Цей тип антени називається навантаженої антеною і часто використовується як автомобільна антена.
Антени, більш відомі як коаксіальні Колінеарні антени. Ці антени використовуються як антени автомобільні, так і антени базових станцій. Синфазность харчування цих антен залежить від довжини випромінюючих елементів і відстані між ними, тому ці антени вузькосмугові.
...
