Симметрирующе-согласующие устройство

3.2 Симметрирующе-согласующие устройство

Для питания антенны используем коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Так как кабель не симметричен, то для того что бы сделать его симметричным нужно симметрирующие устройство. Для этого берется четвертьволновой отрезок такого же кабеля. Соединение кабеля с отрезком показано на чертеже.

Для согласования используем согласующий трансформатор выполненный из стандартных двухпроводных симметричных фидеров.

 (3.7) [4]

где  - волновое сопротивление трансформатора;

 - волновое сопротивление коаксиального кабеля;

 - входное сопротивление антенны;

Четвертьволновые отрезки соединим параллельно, чтобы получить нужное сопротивление трансформатора.

где  - волновое сопротивление четвертьволнового отрезка симметричного фидера.

Так как отрезки имею одинаковое волновое сопротивление, формула будет иметь вид

где п – количество отрезков.

Тогда:

При =300 Ом п=13,48;

При =600 Ом п=26,97;

Для лучшего согласования выполним фидер из четвертьволновых отрезков двух проводного фидере с волновым сопротивлением 600 Ом. Понадобится 27 таких отрезков.

Волновое сопротивление такого трансформатора будет:

 

 

3.3 Расчет коэффициента направленного действия

Коэффициент направленного действия горизонтальной синфазной антенны, с учетом влияния Земли можно приближенно определить по формуле

 (3.8) [4]

3.4 Расчет ДН в горизонтальной плоскости

Диаграмма направленности многовибраторной решетки в горизонтальной плоскости определяется по формуле

 (3.9) [4]

где  - диаграмма направленности одиночного вибратора;

 - множитель решетки;

 - множитель рефлектора;

При определении диаграммы направленности под одиночным вибратором будем понимать симметричный вибратор. Число симметричных вибраторов в одном этаже в два раза меньше числа полуволновых вибраторов и равно числу секций антенны.

; (3.10) [4]

; (3.11) [4]

; (3.12) [4]

Где l – длина плеча симметричного вибратора;  - угол в горизонтальной плоскости, отсчитанный от нормали к плоскости полотна антенны; п_с – число симметричных вибраторов в одном этаже; d – расстояние между центрами симметричных вибраторов; d_р – расстояние между полотнами антенны и рефлектора;  - отношении амплитуд и сдвиг фаз антенны и рефлектора.

Используя формулу С . Щелкунова найдем длину плеча симметричного вибратора

 (3.13) [3]

 (3.14)

Для данной антенны:

; п_с=8; d=λ; d_р=0,25λ; ; λ=0,15 м.

Подставив (3.10), (3.11), (3.12) в (3.9), и подставив в полученное выражение имеющиеся данные, получим

(3.15)

Для данной антенны ДН в горизонтальной плоскости будет иметь вид:

- в полярной системе (Рис. 6.)

- в декартовой системе (Рис. 7.)

Рис. 6. нормированная ДН в горизонтальной плоскости

φ

Рис. 7. нормированная ДН в горизонтальной плоскости

По графику находим ширину ДН в горизонтальной плоскости

8,64⁰

 

3.5 Расчет ДН в вертикальной плоскости

Диаграмма направленности многовибраторной решетки в вертикальной плоскости определяется произведением

 (3.16) [4]

где  - нормированный множитель системы синфазных излучателей;

 - множитель, учитывающий влияние рефлектора;

 - множитель, учитывающий влияние Земли.

 (3.17) [4]

 (3.18) [4]

 (3.19) [4]

здесь п_э – число этажей в антенне;  - расстояние между этажами;  - средняя высота подвеса;  - угол в вертикальной плоскости отсчитываемый от поверхности Земли.

Обычно для таких антенн высота подвеса над Землей нижнего этажа равна половине длины волны. Тогда учитывая, что  запишем значение для средне высоты подвеса:

Подставив (3.17), (3.18), (3.19) в (3.16), и подставив в полученное выражение имеющиеся данные, получим

 (3.20)

Для данной антенны ДН в вертикальной плоскости будет иметь вид:

- в полярной системе (Рис. 8.)

- в декартовой системе (Рис. 9.)

Рис. 8. нормированная ДН в вертикальной плоскости

 

Рис. 9. нормированная ДН в вертикальной плоскости

По графику находим ширину ДН в горизонтальной плоскости 13,88⁰

Вывод

 

В данном курсовом проекте была спроектирована многовибраторная синфазная антенна с активным настраиваемым рефлектором 16 х 4эт. для работы на длине волны равной 15 см. В ходе выполнения данного проекта были сделаны следующие выводы:

- с увеличением числа вибраторов сопротивление излучения антенны увеличивается, а входное сопротивление падает;

- с увеличением числа вибраторов увеличивается КНД, а также и коэффициент усиления;

- диаграмма направленности в горизонтальной плоскости зависит только от количества вибраторов в этаже. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости зависит только от количества этажей. При чем при увеличении числа вибраторов или этажей диаграмма направленности сужается;

Данная антенна также может работать как диапазонная в диапазоне со средне длиной волны равной 15 см., за счет активности рефлектора.

- входное сопротивление антенны – 9,9 Ом;

- коэффициент направленного действия – 512;

- ширина ДН в горизонтальной плоскости – 8,64⁰;

- ширина ДН в вертикальной плоскости – 13,88⁰.

Список использованной литературы

 

1. Коротковолновые антенны/ Г. З. Айзенберг, С. П. Белоусов, Э. М. Журбенко и др; под ред Г. З. Айзенберга – 2-е перероб и доп – М: Радио и связь, 1985. – 536 с., ил.

2. Антенны и устройства СВЧ/ Н. Т. Бова, Г. Б. Резников.

3. Антенно-фидерные устройства/ Кочержевский Г. Н. : Учебник для вузов. 3-е изд., доп. и перераб. – М; Радио и связь, 1981. – 280 с., ил.

4. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства/ Чернышев В.П., Шейнман Д.И. – М: Связь 1972. – 408 с., ил.