Многоэтажный волновой вибратор

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Многоэтажный волновой вибратор

Многоэтажный волновой вибратор

Нормоконтролер                                                   Руководитель
        Н.И. Войтович                                               Н.И. Войтович
                    
                                                                                   Автор проекта
                                                                                   студент группы ПС-411
                                                                                   А.В. Витомсков

1  АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

По заданию, необходимо произвести расчет синфазной антенны – многоэтажного волнового вибратора.
Синфазная антенна - антенна в виде решётки из излучателей, чаще всего симметричных или щелевых вибраторов, возбуждаемых ВЧ токами одинаковой фазы. В направлении, перпендикулярном плоскости решётки, интенсивность излучения максимальна, т. к. поля всех излучателей в этом направлении складываются синфазно. Диаграмма направленности синфазной антенны  в любой плоскости, перпендикулярной плоскости решётки, состоит из главного лепестка и множества боковых, ширина которых зависит от линейных размеров антенны.
Так как синфазная антенная система излучает в направлении, перпендикулярном своему продольному расположению, её еще называют системой поперечного излучения. Основой такой антенны служит полуволновый вибратор. Комбинация нескольких синфазно питаемых вибраторов позволяет повысить усиление антенны.
Коэффициентом усиления приемной антенны называется отношение мощности, принятой антенной, которая оптимально ориентирована по направленности и поляризации в плоском волновом поле РЕ, к мощности, принятой полуволновым вибратором, в том же плоском волновом поле РК. [1]
Коэффициентом направленности (направленного действия) приемной антенны называется отношение максимальной мощности, принятой антенной в плоском волновом поле РЕ, к мощности, принятой изотропным излучателем в том же плоском волновом поле РК.[1]
Коэффициент усиления выражается в dBi, dBmили dBd.
dBm- данная единица измерения получила название децибел на милливатт (дБм) и показывает, на сколько децибел мощность измеряемого сигнала больше мощности в 1 мВт.
Диаграмму направленности антенны также можно характеризовать децибелами, выбирая в качестве эталонной диаграмму изотропного источника. В этом случае говорят об изотропных децибелах (дБи или dBi).
Например, если коэффициент усиления антенны в заданном направлении составляет 5 dBi, то это означает, что в данном направлении мощность излучения на 5 дБ (в 3,16 раза) больше, чем мощность излучения идеальной изотропной антенны. Увеличение мощности сигнала в одном направлении влечёт за собой уменьшение мощности в других направлениях. Таким образом, коэффициент усиления характеризует направленность сигнала, поэтому данный параметр также называют коэффициентом направленного действия. dBd— децибел относительно полуволнового вибратора («относительно диполя»). Характеризует коэффициент направленного действия антенны относительно коэффициента направленного действия полуволнового вибратора, размещенного в свободном пространстве. Поскольку коэффициент направленного действия указанного полуволнового вибратора приближённо равен 2,15 дБи, то коэффициент направленного действия, измеряемый в дБд, всегда меньше коэффициента направленного действия, измеряемого в дБи, на фиксированную величину, равную 2,15 дБ.
Коэффициентом стоячей волны называют отношение наибольшего значения амплитуды напряженности  электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему [3].
По заданию, антенна должна иметь КСВ в области рабочих частот не более 1,5.
Стоячая волна представляет собой колебания в распределённых колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды.
Если линия подключена к согласованной нагрузке, то действующие напряжения и токи распространяются вдоль линии от источника к нагрузке с постоянной амплитудой, не считая небольшого затухания из-за резистивных потерь вдоль линии. Однако если линия подключена к несогласованной нагрузке, то отражения сигнала вызывают увеличение (возрастание) напряжения в определенных фиксированных точках, называемых пучностями, и уменьшение в других фиксированных точках, называемых узлами. Узлы образуются на расстоянии половины длины волны друг от друга. Пучности также образуются на расстоянии половины длины волны друг от друга. Следовательно, узлы и пучности отделены друг от друга расстоянием в четверть длины волны. Узлы и пучности токов тоже существуют, но они расположены на расстоянии четверти длины волны от узлов и пучностей напряжений. Таким образом, расположение узла напряжения совпадает с расположением пучности тока.
КСВ измеряют как коэффициент стоячей волны по напряжению, измеренный на входе антенны или кабеля, подключенного к приемной или передающей антенне.
В идеальных случаях вся мощность передатчика излучается в эфир, однако на
практике часть энергии отражается от нагрузки и в виде отраженной волны возвращается к генератору. Таким образом, в результате сложений падающей (волна, идущая от генератора к нагрузке) и отраженной волны возникает стоячая волна.
2.  ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ АНТЕННЫ
Вибратор, электрическая длина которого равна длине волны λ, называют волновым вибратором. Обе полуволновые ветви такого вибратора возбуждаются синфазно в пучности напряжения. Высокое напряжение при малом токе означает большое сопротивление, поэтому волновой вибратор обладает высоким входным импедансом.
Многоэтажный волновой вибратор представляет собой модификацию синфазной горизонтальной антенны, или «ленивой Н». Речь идёт о комбинации вибраторного ряда из пары коллинеарных вибраторов и вибраторного столбца из двух параллельных вибраторов с многоэтажным промежутком λ/2. Благодаря перекрещенности связующей линии все вибраторы возбуждаются синфазно.
Если плечи «ленивой Н» расположить под прямым углом, то получится двухэтажный волновой вибратор, изображенный на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Двухэтажный волновой вибратор
Такой вибратор характеризуется почти круговой диаграммой направленности в плоскости Е (горизонтальной плоскости). Благодаря этажности система фокусирует главный луч и по вертикали, т.е. в плоскости Н. Чем больше этажей, тем больше фокусируется главный луч в плоскости Н, т.е. возрастает усиление антенны.
Благодаря фокусировке высота над грунтом меньше влияет на вибраторный столбец, чем на одноэтажную антенну. Отражение от грунта незначительно. Однако угол возвышения главного лепестка все равно зависит от высоты излучателя, так что важно монтировать антенну как можно выше. Наилучших результатов добиваются на высоте от земли, равной λ/2. На этой высоте и будем располагать антенну.
Теоретический предел усиления «ленивой Н» составляет 5,6 дБд. В случае двух этажей (двухэтажный волновой вибратор) прирост усиления в направлении главного лепестка составляет 3 дБд.Антенна может питаться с помощью настроенного или согласованного фидера, согласующимся с высокоомным входом питания посредством замкнутого четвертьволнового шлейфа.
Питание через настроенную линию, то есть такую, электрическая длина которой составляет четверть длины волны или кратна ей – самое простое решение в том, что касается механических или электротехнических работ. Но у настроенного фидера потери всегда больше, чем у согласованного.
Согласованный фидер- такой, для которого выполняется условие согласования: Z=Ra, где Z-волновое сопротивление фидера, Ra– волновое сопротивление антенны. Поскольку ни в одной точке такого фидера нет стоячих волн (фидер согласован), длина его может быть произвольной. Рассогласования на входе такого фидера легко устранимы дополнительными схемными элементами генератора.
Иногда целесообразно применять смешанное питание.
Наша антенна работает на частоте 100МГц в диапазоне УКВ. В диапазонах метровых и дециметровых волн (УКВ диапазон) работают исключительно с согласованными фидерами, и только на коротких волнах радиолюбители пользуются настроенными линиями передачи или смешанным питанием.
Поэтому в конструкции антенны будем использовать согласованный фидер в виде двухпроводной открытой линии передачи.

Полный текст работы - можно скачать бесплатно архивом с нашего сайта.