Антенны "Волновой канал"

Скачать

Характеристика основных составляющих элементов антенны: активного полуволнового вибратора, рефлектора и директора. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа "Волновой канал". Применение и принцип работы петлевого вибратора Пистолькорса.

Размер: 1,1 M
Тип: контрольная работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Моделирование антенны типа "Волновой канал" в программе MMANA
Проектирование антенны "волновой канал" методом последовательных приближений. Координаты элементов антенны, ее электрические параметры и конструкция....

Расчет антенны типа Волновой канал
где,1 – директоры2 – активный вибратор3 – рефлектор4, 5, 11 – элементы симметрирующего устройства для возбуждения вибратора.6 – возбуждающая излучател...

Привод вращения параболической антенны
Проектирование привода параболической антенны с волновым редуктором в составе. Расчет волновой передачи, выбор гибкого подшипника. Прочность гибкого к...

Расчет антенны со смещенным рефлектором
Зеркальные антенны - распространенный тип остронаправленных СВЧ антенн в радиолокации, космической радиосвязи и радиоастрономии. Разработка конструкци...

Расчет логопериодической антенны
Общая характеристика, принцип работы и схематическое изображение логопериодической антенны. Геометрический расчет коэффициента направленного действия...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

1. Антенны "волновой канал"

2. Расчетная часть

Список использованной литературы

1. Антенны "волновой канал"

Снизить влияние отраженного сигнала (и несколько увеличить коэффициент усиления) простейших антенн можно, расположив позади активного элемента (вибратора) рефлектор. Длина рефлектора должна быть больше длины вибратора на 5-15%, а расстояние от вибратора до рефлектора составляет 0,15-0,20 рабочей длины волны. Рефлектор обычно выполняется либо в виде металлической сетки, либо в виде однолинейной системы проводников, параллельных вектору электрического поля.

Классический пример -- антенна типа волновой канал (тип Яги, тип Уда-Яги, директорная антенна). Она состоит из активного полуволнового вибратора (как правило, петлевой вибратор, с которого происходит съем сигнала) и ряда пассивных вибраторов (полуволновые вибраторы длиной несколько короче половины длины волны), закрепленных на общей стреле (рисунок 1). Антенны типа "волновой канал" получили очень широкое распространение как в изначальном виде, так и в виде различных модификаций.

В общем случае длина вибратора определяется соотношением, равным половине длины волны рабочей полосы частот, с учетом коэффициента укорочения, зависящего от отношения этой же средней длины волны к эквивалентному диаметру вибратора.

Следующий элемент антенны (размещен спереди вибратора) - директор - это обычный стержень, имеющий геометрические размеры несколько короче половины длины волны, установленный на одной общей стреле (траверсе). Директоров может быть много, от этого зависит коэффициент усиления антенны. Директоры еще называют пассивными вибраторами.

Элемент, размещенный сзади вибратора - рефлектор; это стержень или конструкция из нескольких стержней, он имеет размеры большие, чем вибратор и директоры.

Рисунок 1--Директорная антенна типа "волновой канал":

а -- общая схема; б -- наружная двухэлементная антенна:

1 -- рефлектор; 2 -- стрела; 3 -- штанга (мачта);

4 -- активный вибратор; 5 -- УСС

Антенна работает по принципу "бегущей волны" и является наиболее эффективной узкополосной антенной. Назначение директоров - усилить приходящий с главного направления полезный сигнал; рефлекторов - ослабить отраженный сигнал. Конструктивно элементы антенны располагаются на металлической или диэлектрической траверсе, обладающей достаточной механической прочностью. В случае использования металлической траверсы размер элементов увеличивают на половину поперечного размера траверсы. Для расчета размеров антенны используют сложные формулы либо готовые программы.

При достаточном количестве элементов антенна имеет высокий коэффициент усиления, и хороший коэффициент помехозащищенности из-за наличия рефлектора.

Следует отметить одну неприятность, связанную с использованием многоэлементных антенн типа "волновой канал". При добавлении к петлевому вибратору пассивных элементов входное сопротивление антенны уменьшается. Таким образом, в зависимости от размеров, входное сопротивление 5-элементной антенны может составлять от 40 до 120 Ом. Уменьшенное в 4 раза полуволновой петлей, оно понижается до 10-30 Ом, и это приводит к резкому рассогласованию антенны с фидером, а следовательно, и снижению качества сигнала. Трудно получить равномерную частотную характеристику на широком частотном диапазоне. Кроме этого, антенны, собранные даже по одному чертежу на одной и той же линии, оказываются настроенными по-разному и не допускают дополнительной настройки. В результате реальное усиление антенны с низким качеством изготовления намного меньше того, что написано в документации. Кроме этого, узкая резонансная полоса пропускания ведет к резкому снижению коэффициента усиления на границах.

Используется во всех диапазонах. К недостаткам антенны следует отнести сложность ее настройки при числе директоров более трех. Двухэлементные антенны типа "волновой канал" применяются редко, так как их характеристики не намного лучше характеристик одиночного вибратора.

К достоинствам антенны можно отнести сравнительно высокий коэффициент усиления при простоте конструкции. Антенна обладает четко выраженными резонансными свойствами и отличается по степени защиты от отраженных сигналов в лучшую сторону примерно на 10-15% по сравнению с логопериодическими антеннами.

Коэффициент усиления зависит от числа элементов.

Передний лепесток диаграммы направленности больше заднего.

Таблица 1

Кол-во элементов

3

5

7

10

11

16

20

24

30

Коэффициент усиления (Db)

5,1-5,6

8,6-8,9

10

11,5

12

13,5

16,5

17

18,5

Для подключения кабеля снижения используется согласующее устройство U-колено, подключаемое к точкам А и В вибратора Пистолькорса. В настоящее время разработано большое количество вариантов таких антенн, имеющих различное количество директоров, различные их размеры и расстояния между ними. Этим можно объяснить то, что в разных источниках литературы приводятся различные размеры элементов таких антенн. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа "Волновой канал" вообще не является однозначным. Перед проектировщиком могут быть поставлены различные задачи: либо максимальный коэффициент усиления антенны, либо максимальный коэффициент защитного действия, либо наименьшая неравномерность коэффициента усиления в полосе принимаемых частот, либо минимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности или другие факторы. Кроме того, в процессе проектирования некоторыми размерами приходится задаваться. К сожалению, в описаниях таких антенн, приводящихся в литературе, часто отсутствуют сведения о том, какие исходные данные были положены в основу проектирования данной конкретной антенны. Следует также учесть, что большинство вариантов многоэлементных антенн типа "волновой канал" подобрано экспериментальным путем, что сильно осложняет возможности повторяемости таких конструкций.

Аналитическое выражение коэффициента усиления директорной антенны в зависимости от ее длины имеет следующий вид:

G = 10 lg [7 + 4L/л] - 2,14,

где L -- длина антенны, м; л -- длина волны, м; G --коэффициент усиления, дБд.

Это выражение позволяет в первом приближении оценить коэффициент усиления директорией антенны, но не отражает влияния на его величину числа директоров и рабочей полосы частот. Ответы на эти вопросы представлены на рис. 2 и 3, где КУ -- коэффициент усиления.

Кривая 1 относится к одноканальным директорным антеннам с коэффициентом перекрытия менее 1,16, а кривая 2 - к широкополосным антеннам с коэффициентом перекрытия 1,3. Отсюда можно сделать следующие выводы:

-- для увеличения коэффициента усиления директорной антенны необходимо увеличивать ее длину и число директоров;

-- по сравнению с одноканальной антенной расширение рабочей полосы частот директорной антенны при сохранении ее длины приводит к увеличению на два или три числа ее директоров и к снижению коэффициента усиления в нижней части рабочей полосы частот примерно на 2 дБ.

При известной частотной ситуации в месте установки антенны можно определить требуемую длину и число элементов директорной антенны и выбрать тип приемной антенны.

В качестве примера использования зависимостей, приведенных на рис. 2 и 3, рассмотрим следующие случаи.

Антенны типа "Волновой канал" получили широкое распространение в различных профессиональных устройствах радиосвязи и радиолокации. Большинство телевизионных коллективных и индивидуальных антенн промышленного изготовления также являются антеннами типа "Волновой канал". Это связано с тем, что такие антенны достаточно компактны и обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах. Иногда антенну "Волновой канал", особенно в зарубежной литературе, называют антенной Уда - Яги по имени впервые описавших ее японских изобретателей.

Антенна "Волновой канал" представляет собой набор элементов:

активного - вибратора и пассивных - рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле. Принцип действия антенны в следующем. Вибратор определенной длины, находящийся в электромагнитном поле сигнала, резонирует на частоте сигнала, и в нем наводится ЭДС. В каждом из пассивных элементов также наводится ЭДС, и они переизлучают вторичные электромагнитные поля. Эти вторичные поля, в свою очередь, наводят дополнительные ЭДС в вибраторе. Размеры пассивных элементов и их расстояния от вибратора должны быть выбраны такими, чтобы дополнительные ЭДС, наведенные в вибраторе вторичными полями, были в фазе с основной ЭДС, наведенной в нем первичным полем. Тогда все ЭДС буду...