Грозозащита антенны Бевереджа.

Нет более безопасной в грозовом отношении антенны, чем антенна Бевереджа. Полотно ее заземлено с двух сторон, так что даже прямое попадание молнии в нее не приведет к поражению оператора и разрушению радиоаппаратуры. Антенна Бевереджа обычно расположена ниже других проводящих предметов, чем обеспечивается ее дополнительная защита от грозы. Антенна Бевереджа не накапливает статику, что особенно заметно при приеме перед грозой, на нее можно работать даже во время грозы, не опасаясь поражения.

Так как антенна Бевереджа эффективно принимает волны с вертикальной поляризацией (а молния как раз и излучает их), то антенну Бевереджа можно использовать как индикатор грозы. Для этого можно подключить к коаксиалу, идущему от нее, светодиод. При приближении грозы он начнет светиться в такт ударам молнии. Подключение же такого светодиода к другой антенне – диполю или штырю – часто вызывает выход из строя светодиода.

Литература: Г.З.Айзенберг, Коротковолновые антенны, М.: Радио и связь, 1985г.

Диэлектрические стержневые антенны представляют собой ди­электрические стержни круглого или прямоугольного сечения, возбуждаемые соответственно полем Hили Hв круглом или прямоугольном волноводе, в который вставляют один из концов диэлектрического стержня. Поперечное сечение стержня обычно вы­полняется несколько суживающимся к противоположному концу; длина стержня составляет 3-5 длин волн. Существует строгое решение[ 3] для волн, распространяющихся вдоль круглого цилиндрического бесконечно длинного диэлектриче­ского стержня. Из этого решения следует, что в стержне могут рас­пространяться поперечно-электрические и поперечно-магнитные волны, как симметричные (H, ), так и несимметричные (Н, Е) отно­сительно оси стержня, весьма сходные с соответствующими волнами в круглом волноводе, причем несимметричные электрические и маг­нитные волны порознь существовать не могут.Симметричные волны не дают излучения вдоль оси стержня и поэтому не используются в диэлектрической антенне, где нуж­на волна, поле которой имеет преимущественное направление пло­скости поляризации. Такой волной является несимметричная волна типа H.На основании строгого решения можно сделать следующие выводы относительно волны этого типа:

1) Структура электромагнитного поля в стержне аналогична струк­туре поля в питающем волноводе, за исключением того, что на гра­нице диэлектрик - воздух касательные составля­ющие поля непрерывны, т. е. поле существует и вне стержня; перенос энер­гии происходит как внут­ри, так и вне стержня. Поверхностные токи на стенках волновода в ди­электрическом стержне за­меняются токами смеще­ния в воздухе, поэтому кроме поперечно-электрической волны возбуж­денной волноводом, возни­кает и поперечно-магнитная волна (рис. I,1).

2) Отношение мощностей, переносимых внутри и вне стержня р/pи фазовая скорость распространения вдоль него являются функ­циями его относительного радиуса / и диэлектрической проницае­мости. При постепенном увеличении радиуса мощность, переносимая внутри стержня, возрастает, причем при данном его радиусе она тем больше, чем выше диэлектрическая проницаемость (рис. 1,2); фазовая скорость распространения уменьшается, приближаясь к ско­рости в безграничной среде с диэлектрической проницаемостью стержня (рис. 1,3). В отличие от симметричных, несимметричные волны не имеют критической частоты, т. е. могут существовать при низких частотах.

Рис. I,2. Зависимость отношения мощностей волны внутри и вне диэлектрического стержня от его отно­сительного радиуса /и диэлектрической проницае­мости

Как уже упоминалось, в диэлектрических антеннах применяют обычно конусообразные стержни. Конусообразность стержня необхо­дима, чтобы увеличить излучение с его боковой поверхности и сделать это излучение приблизительно одинаковым по всей длине стержня.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 /

Рис. 1,3. Зависимость фазовой скорости распространения в стержне от его относительного радиуса /

В цилиндрическом стержне из идеального диэлектрика излуче­ние с боковой поверхности должно вообще отсутствовать, в реальном стержне оно невелико и. убывает к его концу. Благодаря конусообразной форме постепенно излучается почти вся энергия, переносимая волной, поэтому почти не возникает отражений и устанавливается режим, близкий к бегущей волне. Этому способствует также постепенное увеличение фазовой скорости, которая на конце стержня приближается к скорости в свободном пространстве, т.е. стержень согласуется со свободным пространством. Диэлектрическая стержневая антенна относится к антеннам бегущей волны и имеет осевое излучение.

Строгое решение для стержней конической формы и конечной длины отсутствует. Благодаря небольшой конусообразности и режиму бегущей волны в каждом сечении стержня используют при решении внешней задачи приведенные выше выводы.

Внешнюю задачу решают, считая известными либо поля на поверхности стержня [З], либополя в его поперечном сечении. Второй способ является более простым, но требует

замены полей в диэлек­трике эквивалентными токами в соответствии с так так называемым «вторым принципом эквивалентности».

Уравнения Максвелла для области внутри диэлектрического стержня можно записать в виде

где предполагаем, что сторонние токи отсутствуют, а диэлектрик - идеальный (= 0). Прибавим и отнимем в правой части первого уравнения величину i, тогда получим

rot Н =i()E+ i. (7)

Величину j= i()E (8)

можно рассматривать как эквивалентный сторонний ток. Следова­тельно, диэлектрический стержень можно заменить системой экви­валентных токов (8), непрерывно распределенных в объеме, занимаемом стержнем. Амплитудное и фазовое распределение экви­валентного тока совпадает с амплитудным и фазовым распределе­нием вектора электрического поля внутри стержня.

Можно представить диэлектрический стерженькак линейную систему дисковых излучателей, возбуждаемых бегущей водной. Ам­плитудное распределение эквивалентных токов в каждом диске при­близительно совпадает с амплитудным распределением полей в раскрыве круглого или прямоугольного волновода в зависимости от формы сечения диэлектрического стержня.

Диаграмма направленности антенны равна произведению диа­граммы направленности диска на диаграмму направленности систе­мы с бегущей волной:

Ограничимся рассмотрением диаграмм направленности стержне­вой антенны круглого поперечного сечения. В плоскостях E и H из­лучение полей поперечной поляризации взаимно компенсируется, т. е. можно считать, что каждый диск обтекается эквивалентным током одинакового направления, совпадающим с направлением оси стержня х (рис. 1.1).

Элементарными излучателями в случае диэлектрической антенны являются не излучатели Гюйгенса, а элементарные эквивалентные токи j. Поэтому диаграммы направленности дисков отличаются от диаграмм направленности раскрыва волновода только заменой множителей, характеризующих диаграмму направ­ленности излучателя Гюйгенса, на множитель cos в электрической плоскости и на единицу - в магнитной.

Воспользовавшись этими заменами получим диаграмму направленности диэлектри­ческой стержневой антенны круглого поперечного сечения в плоско­стях Е и H:

F=cos(kasin) (10)

F()= (11)

где aи L- средний радиус и длина стержня; J

Коэффициент укорочения волны в стержне (для замедленной волны >1); = 1,841 -первый корень производной бесселевой функции пер­вого порядка; J- функция Бесселя и Лямбда - функция первого порядка;

N - нормирующий множитель.

Диаграмма направленности антенны почти одинакова в обеих пло­скостях и определяется в основном последним множителем, тем точ­нее, чем тоньше и длиннее стержень. В соответствии с этим мак­симальный к. н. д. антенны получается при оптимальном коэффициенте укорочения волны

При котором к. н. д. равен D.

При коэффициенте укорочения, отличающемся от оптимального, D= 4A , (12)

где А = находят по графикам.

В высококачественных диэлектриках (тролитул, полистирол и т. п.) потери весьма малы, коэффициент полезного действия антенны бли­зок к единице, поэтому при расчетах можно полагать коэффициент усиления равным к. н. д.

Максимальный диаметр стержня выбирается из условия, чтобы в волноводе, заполненном диэлектриком, распространялась волна H, критическая длина которой в воздухе составляет =3,41a, и не возбуждались волны высших типов, начиная с волны Eс критической длиной волны =2.62a. Следовательно, максимальный диаметр стержня должен удовлетворять усло­вию

< d< (13)

Минимальный диаметр можно найти, определив предварительно из требований, предъявляемых либо к к. н. д. (I2), либо к ши­рине главного лепестка диаграммы направленности, длину стержня L. Затем можно вычислить значение оптимального коэффициента укорочения . Предполагая, что соответствует среднему диаметру стержня d, находим последний по графикам , после чего вычисляем и минимальный диаметр20% согласуются с приведенными выше формулами. Кроме конических стержней круглого сечения применяют, как уже указывалось выше, суживающиеся прямоугольные стержни. На рис.1.5 показана диэлектрическая стержневая антенна прямоугольного поперечного сечения линейно заостряющаяся на протяжении более половины стержня (длина стержня 6λ). На этом же рисунке показана кривая изменения фазовой скорости волны в различных сечениях стержня. На рис.1.6 приведена экспериментально измеренная диаграмма направленности этой антенны.

Рис.1.5 Рис.1.6

С целью уменьшения габаритов антенны и конструктивных удобств срезают половину стержня вдоль оси и помещают его на металли­ческий лист. Срезанная половина стержня при этом как бы воспол­няется зеркальным изображением. Известны также попытки умень­шить потери в стержне применением диэлектрических труб, однако это приводит к увеличению размеров антенны.

Для формирования диаграмм направленности с узким главным лепестком применяют системы из нескольких стержневых антенн. Особенный интерес представляют многостержневые антенны, в кото­рых стержни изготовлены из феррита. Ферритовые излучатели имеют ряд преимуществ по сравнению со стержнями, изготовлен­ными из обычных высококачественных диэлектриков - тролитула, полистирола и т. п.

Высокочастотные ферриты имеют малые потери и высокую диэлек­трическую проницаемость (13). Благодаря весьма малым разме­рам (например, при = 3 см диаметр стержня - около 6 мм, длина около 11 см) питание излучателей осуществляют путем погружения одного их конца непосредственно в волновод или объемный резона­тор. Это позволяет создавать многоэлементные остронаправленные антенны различных типов-резонансные, нерезонансные и c согласованными излучателями.

С помощью подмагничивающих устройств, которыми могут быть снабжены ферритовые стержни, можно осуществить поворот плоско­сти поляризации и быстрое электрическое качание луча по задан­ному закону.

1. Стержневая диэлектрическая антенна (см. рис.14.1, е) состоит из сплошного диэлектрического стержня, возбуждаемого отрезком волновода. Материалом для изготовления стержня служат диэлектрики с весьма малым значением тангенса угла потерь (порядка 10 -3 - 10 -4) и значением относительной диэлектрической проницаемости порядка нескольких единиц (полистирол, тефлон, стеатит).

Поперечное сечение стержня может быть прямоугольным, квадратным, однако наибольшее распространение получили диэлектрические антенны круглого сечения.

Рис. 14.7. Способы питания диэлектрических стержневых антенн:

а - коаксиальным фидером; б - волноводом.

При длине волны 10 см и более питание диэлектрической антенны осуществляется обычно с помощью коаксиального фидера (рис.14.7,а).

Первичным возбудителем при этом служит несимметричный вибратор, располагаемый внутри короткозамкнутого с одной стороны отрезка круглого волновода. Длина вибратора и его удаление от торца волновода выбираются по соображениям согласования антенны с фидером питания.

В диапазоне сантиметровых волн для питания диэлектрической антенны обычно используется волновод. В этом случае для согласования стержня с волноводом на конце волновода располагают согласующую камеру и срезают на конус начальный участок диэлектрического стержня (рис.14.7,6).

Приближенный расчет параметров диэлектрической антенны основан на предположении, что вдоль диэлектрического стержня распространяются такие же волны, как и вдоль бесконечно длинного диэлектрического волновода. При указанных выше способах возбуждения вдоль стержня может распространяться основная несимметричная волна типа НЕ 11 , структура которой показана на рис.14.8. Волна типа НЕ 11 , является поверхностной [З]. Часть энергии волны переносится стержнем, а часть - пространством, окружающим стержень. Интенсивность поверхностной волны убывает в радиальном направлении.

Рис. 14.8. Структура поля волны типа НЕ 11 .

Фазовая скорость, с которой электромагнитная волна распространяется вдоль диэлектрического стержня, зависит от диэлектрической проницаемости материала стержня, а также от отношения диаметра стержня d к длине волны (рис.14.9). Из рис.14.9 видно, что с уменьшением диаметра стержня (в сравнении с длиной волны) фазовая скорость приближается к скорости света. Для каждого значения диэлектрической проницаемости существует такая величина отношения d/l, при которой эти скорости уже практически равны. Величина диаметра стержня, соответствующая этому условию, может быть определена по формуле:

.(14.7)

Как известно (см.§3.4), в продольно излучающих антеннах односторонняя направленность достигается за счет того, что фаза питания каждого последующего элемента антенны отстает по отношению к фазе питания предыдущего элемента. В диэлектрической стержневой антенне это условие выполняется применением стержня с диаметром, плавно убывающим к концу (см. рис.14.7,а). Если диаметр в конце стержня выбран в соответствии с условием (14.7), то отражение от конца отсутствует, вдоль стержня распространяется бегущая волна, при этом каждый последующий элемент стержня питается с запаздыванием по фазе по сравнению с предыдущим.

Рис. 14.9. Зависимость обратной величины коэффициента замедления (1/x=v Ф /с) волны типа НЕ 11 от отношения d/l и от e Г.

В случае цилиндрического стержня часть энергии отражается от его конца и излучается преимущественно в обратном направлении. Это приводит к росту задних лепестков и за счет интерференции полей к увеличению уровня боковых лепестков.

Для неискаженного формирования ДН важно, чтобы вдоль стержня не распространялись высшие типы волн. Анализ показывает, что для этой цели максимальный диаметр стержня должен удовлетворять неравенству

d МАКС=> .(14.8)

При расчете поля излучения конический стержень заменяют цилиндрическим, диаметр которого примерно равен среднему диаметру конического стержня

d»(d МАКС +d МИН)/2.

Под излучающим раскрывом антенны понимают боковую поверхность стержня. Так как касательные к поверхности стержня составляющие электрического и магнитного полей известны из решения уравнений Максвелла для бесконечного диэлектрического волновода, то можно определить поле излучения стержня конечной длины . ДН антенны выражается формулой (14.2), где fс(q) - множитель системы, определяемый по формуле (14.3). Что касается множителя одиночных излучателей, из которых состоит непрерывная система, то он в Е- и Н-плоскостях соответственно имеет вид:

f 0 Е (q) = J 1 (ka sinq)/kasinq,(14.9)

fo H (q) = cos qJ 1 (kasinq)/kasinq,

где a=d/2, а угол q отсчитывается от оси стержня. Здесь под одиночным излучателем следует понимать участок поверхности стержня длиной dz (см. рис.14.7,а). Так как обычноL>>a, то форма ДН определяется в основном множителем системы.

Оптимальная длина диэлектрического стержня L ОПТ определяется по формуле (14.4), а КНД - по формуле (3.60). При увеличении длины стержня ширина главного лепестка уменьшается, если LL ОПТ резко возрастает уровень боковых лепестков и может наблюдаться раздвоение главного лепестка.

С помощью одностержневой антенны можно получить ширину главного лепестка обычно не уже 15-20°. Если требуются более узкие ДН, то применяют синфазную решетку стержневых излучателей. Заметим, что иногда диэлектрическая антенна применяется для получения воронкообразной ДН. В этих случаях используется осесимметричная волна типа Е 10 .

2. Ребристо-стержневая антенна (см. рис.14.1, г) состоит из ряда параллельных металлических дисков, расположенных вдоль оси антенны. Для крепления дисков служит металлический стержень. Для формирования волны типа НЕ 11 может быть применен возбудитель в виде рупора либо симметричного вибратора, перпендикулярного оси антенны, причем заднее излучение антенны в последнем случае устраняется диском - рефлектором.

Расчет электрических параметров ребристо-стержневой антенны производится аналогично расчету параметров диэлектрической стержневой антенны. Необходимые для расчета значения фазовой скорости поверхностной волны, распространяющейся вдоль ребристого стержня приведены в литературе .

Следует отметить, что ребристо-стержневую антенну можно рассматривать как директорную антенну, у которой круглые диски играют роль пассивных вибраторов. Так как эти диски являются «толстыми» то ребристо-стержневая антенна более диапазонна по направленным свойствам, чем обычная директорная антенна. Диапазонность ребристо-стержневой антенны по согласованию с линией питания зависит от типа возбудителя.

Ребристо-стержневые антенны находят применение на сантиметровых, дециметровых и метровых волнах. В последнем случае для уменьшения веса и парусности диски можно изготовлять из сетки или перфорированного листового материала.

Дисковые антенны поверхностных волн.

Плоские линейные и стержневые антенны поверхностных волн являются односторонне направленными антеннами. В отличие от них дисковые антенны поверхностных волн (см. рис.14.1. д,е) являются ненаправленными в плоскости диска и обладают направленностью в плоскости, содержащей ось симметрии диска.

Цилиндрическая поверхностная волна распространяется от расположенного в центре антенны возбудителя к периферии диска. Если мысленно разбить диск на ряд секторов, то каждый из них можно рассматривать как продольно-излучающую антенну поверхностных волн, главный лепесток которой направлен в сторону движения поверхностной волны и несколько отклонен от металлической подложки (из-за конечных размеров диска). ДН всей антенны имеет вид сплюснутого тора.

Направитель антенны изготовляют в виде либо диэлектрического, либо ребристого металлического диска, толщина которого убывает к периферии для согласования антенны со свободным пространством.

Для расчета ДН дисковой антенны определяют предварительно фазовую скорость поверхностной волны, а затем вычисляют поле излучения круглого раскрыва антенны.

Применение антенн поверхностных волн.

Отличительной особенностью антенн поверхностных волн является малая толщина направителя, что позволяет применять их в качестве маловыступающих (низкосилуэтных) или невыступающих антенн. Известно, например, применение линейной плоской антенны в качестве глиссадной антенны, встроенной заподлицо в посадочную полосу на аэродроме.

Широко применяются антенны поверхностных волн на летательных аппаратах. В этом случае роль металлической подложки играет обшивка летательного аппарата. Место установки антенны может существенно влиять на ее направленные свойства. Стержневые антенны для уменьшения лобового сопротивления устанавливаются по продольной оси летательного аппарата, обычно в его носовой или хвостовой части. Стержневые антенны применяются также в качестве облучателей зеркальных антенн.

В заключение отметим, что недостатком антенн поверхностных волн является относительно большой уровень боковых лепестков. Антенны с диэлектрическим направителем имеют заметные потери, а при увеличении длины волны резко возрастает их вес. Для уменьшения веса иногда применяют стержневые диэлектрические антенны полой (трубчатой) конструкции.

AN-05 - стержневая антенна, предназначенная для GSM-сигналов в диапазоне частот 900/1800 МГц. Устройство имеет магнитное основание. Оно совместимо с модулями связи:

• JA-60GSM;
• GD-04;
• CA-1202 и некоторыми другими.

Особенности AN-05

Антенна AN-05 чешского производства имеет продуманную конструкцию. Изделие компактно, имеет длину всего лишь 37 сантиметров. К числу преимуществ следует отнести:

• наличие двух светодиодов, которые выступают в роли индикаторов тревоги. Они находятся под углом 180 градусов друг к другу;
• возможность эксплуатации в широком диапазоне температур: от -10 до +65 градусов по Цельсию;
• класс защиты IP43 (допустима эксплуатация при влажности 95 %);
• универсальное базовое основание в комплекте поставки;
• минимальный вес, который обеспечивает простоту установки и транспортировки.

нет данных...

Чехия

Основанная в 1990 году в чешском городке Яблонец-над-Нисой, компания Jablotron специализируется на разработке и производстве систем безопасности для домов, офисов и автомобильного транспорта. В настоящее время компания Jablotron стала одним из крупнейших производителей охранных систем в Центральной Европе. В группу компаний JABLOTRON Group входит двадцать одно предприятие. В 1993 была сформирована вспомогательная компания в Тайбее, которая содействует не только в маркетинге изделий Jablotron в Азии, но и в поставке компонентов. Сейчас изделия Jablotron продаются более чем в 70 странах по всему миру. Продукция компании сертифицирована в соответствии со стандартом ISO9001. Политика качества JABLOTRON включает в себя непрерывное улучшение продуктов и услуг компании, систематический сбор замечаний и предложений клиентов, а также внимание к бизнес-партнерам и партнерам по сети. Всё это обеспечивает многолетний успех компании.

У диэлектрической стержневой антенны направляющим элементом поверхностной волны является диэлектрический стержень, а ее возбудителем - либо электрический вибратор, представляющий собой конец внутреннего провода коаксиального кабеля, вводимый в стержень перпендикулярно к его оси, либо металлический волновод (рис. П6.1). Обычно используются диэлектрические стержни в виде усеченного конуса, при этом улучшаются условия согласования антенны со свободным пространством. К числу преимуществ диэлектрических стержневых антенн относится простота их конструкции, а к числу недостатков - малая мощность излучения и относительно невысокий КПД вследствие потерь в диэлектрике.

Исходными данными для расчета основных параметров диэлектрической антенны являются: диапазон рабочих частот , ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности , мощность излучения , тип диэлектрика или величина диэлектрической проницаемости https://pandia.ru/text/80/261/images/image008_87.gif" width="85" height="21 src=">DIV_ADBLOCK135">

2. Определяются максимальный и минимальный диаметры конического стержня.

, (П6.1)

. (П6.2)

3. Определяется коэффициент замедления фазовой скорости волны в диэлектрическом стержне.

По выбранному значению dмакс и по графику (рис. П6.2) находится замедление left">

4. Находится длина стержня антенны.

Длина диэлектрического стержня выбирается исходя из заданной ширины диаграммы направленности антенны. Можно считать, что ширина диаграммы направленности определяется выражением

, (П6.3)

где L - длина стержня антенны.

С другой стороны, максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной

. (П6.4)

Из выражения (П6.3) с учетом (П6.4) выбирается длина стержня диэлектрической антенны.

5. Рассчитывается КНД антенны

. (П6.5)

6. Рассчитывается диаграмма направленности антенны.

Расчет диаграммы направленности конической диэлектрической стержневой антенны ведется так же, как и для цилиндрической антенны среднего диаметра dср. Выражение для расчета диаграммы направленности имеет такой же вид, как и для линейной антенны бегущей волны с непрерывным распределением излучающих элементов. Характеристику направленности можно рассчитать по формуле

. (П6.6)

Если рассчитывается антенная решетка, состоящая из N элементов, то диаграмма направленности антенной системы определяется выражением

, (П6.7)

где https://pandia.ru/text/80/261/images/image020_51.gif" width="200" height="80 src=">, (П6.8)

где dP - расстояние между излучателями в антенной решетке.

7. Разрабатывается согласующее устройство.

Для согласования волнового сопротивления коаксиального кабеля WФ с входным сопротивлением антенны необходимо найти нужную величину действующей высоты возбудителя (штыря) hД , при которой RВХ = WФ .

Расстояние от стенки Z1 , выбирается равным , где - длина волны в волноводе с волной типа Н11 при наличии диэлектрика

, (П6.9)

а волновое сопротивление круглого волновода, заполненного диэлектриком для волны Н11, равно

https://pandia.ru/text/80/261/images/image025_44.gif" width="187" height="27">, (П6.11)

а его геометрическая высота из соотношения

. (П6.12)

Длина круглого волновода Z2 выбирается из условия обеспечения необходимого затухания высших типов волн. Обычно считают, что ослабление для ближайшей высшей волны типа Е01 должно быть не менее 10 ... 20 дБ (100 раз по мощности). Если принять величину ослабления, равную 20 дБ, тогда

, (П6.13)

где https://pandia.ru/text/80/261/images/image029_39.gif" width="117" height="25 src=">.

8. Рассчитывается максимальное напряжение в фидере.

При выборе коаксиального кабеля следует руководствоваться не только минимальной величиной его коэффициента затухания на максимальной рабочей частоте, но и надежностью работы с точки зрения электрического пробоя. С этой целью производится проверка кабеля по максимально допустимому напряжению.

Если указывается напряжение короны UКОР , то можно считать, что . КБВ можно принять равным (0,5 ... 0,7).

9. Рассчитывается КПД фидерной линии.

. (П6.15)

Значение коэффициента затухания подставляются в Нп/м, а модуль коэффициента отражения для волны НЕ11 может быть оценен по формуле

Для конического стержня коэффициент отражения значительно меньше (обычно в 2 ... 5 раза).

10. Рассчитывается КПД антенно-фидерного устройства.

КПД антенны определяется, в основном, потерями в диэлектрике и составляет примерно 0,5 ... 0,7.

11. Разрабатывается конструкция антенны.

Для уменьшения веса антенны применяют полые стержни в виде диэлектрических трубок..gif" width="69" height="24">.

Выбор материала диэлектрика

Для изготовления излучателя выберем полистирол, параметры которого имеют следующие значения:

Диэлектрическая проницаемость;

Тангенс диэлектрических потерь.

Определение диаметра стержня

Чтобы обеспечить преобразование большей части энергии в поверхностную волну, стержень у возбудителя делают толстым, а затем плавно уменьшают, чтобы приблизить фазовую скорость х ф к скорости света. Рекомендуется выполнять стержни диаметром:

При МГц м, значит:

Расчет коэффициента замедления

По выбранному значению () и по графику из методической литературы (2, стр 41) находим коэффициент замедления, он равен:

При 0.83 1.205

Расчет длины стержня антенны

Длина диэлектрического стержня выбирается исходя из заданной ширины диаграммы направленности антенны.

При =40…45 соответственно L1.588…1.255 м.

С другой стороны, максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной

Отсюда L=1.723м.

Из этих выражений выбираем оптимальную длину стержня: L м

Расчет КНД антенны

Коэффициент направленного действия определяется по формуле:

Расчет диаграмм направленности

При расчете диаграммы направленности конической диэлектрической антенны используют выражения для расчёта диаграммы направленности цилиндрической антенны среднего диаметра, при этом предполагается, что волной в стержне, бегущей с постоянным замедлением вдоль его длины и отражением от конца стержня пренебрегают, тогда выражение для расчета диаграммы направленности получается как у линейной антенны с непрерывным распределением излучающих элементов, в которых распределение токов по длине соответствует закону бегущей волны.

где - волновое число, - угол между осью антенны и направлением в точку наблюдения.

Рис 2.

Рис 3.

диэлектрической стержневой антенны в полярной системе координат

диэлектрический антенна стержень

Расчет согласующего устройства

Для передачи с наименьшими потерями энергии в коаксиальном кабеле, следует создать режим бегущей волны. Чтобы получить режим бегущей волны, надо обеспечить равенство нагрузочного сопротивления и волнового сопротивления линии т.е. согласовать линию с нагрузкой. Однако такое согласование, при котором коэффициент бегущей волны (КБВ = 1) получить трудно. Практически уже хорошо, если КБВ = 0,8 ч 0,9. При этом ухудшение работы линии незначительно.

Для согласования волнового сопротивления коаксиального кабеля W ф с входным сопротивлением антенны необходимо найти нужную величину действующей высоты возбудителя (штыря) h д, при которой R вх =W.

Расстояние от закорачивающей стенки до оси штыря z 1 , выбирается равным в /4, где в - длина волны в волноводе с волной Н 11 при наличии диэлектрика

а волновое сопротивление круглого волновода, заполненного диэлектриком для волны H 11 , равно

417.034 Ом, отсюда 0.781 м и z1 0.195 м

Тогда действующая высота штыря может быть найдена из выражения:

Возьмем для расчета коаксиальный кабель с внешним проводником из круглых проволок в ПЭ оболочке РК 50-33-17 с максимально допустимой мощностью на частотах 100 МГц и 1 ГГц 5 кВт и 0.9 кВт соответственно. Его волновое сопротивления 50 Ом, то 0.059 м

Геометрическая высота находится из соотношения:

Длина круглого волновода от вибратора до его раскрыва z 2 выбирается из условий обеспечения необходимого затухания высших типов волн. Обычно считают, что ослабление поля ближайшей высшей волны Е 01 должно быть не менее 10…20 дБ (100 раз по мощности). Если принять величину ослабления равную 20 дБ, тогда

При расчетах оказалось, что под корнем отрицательное число, это означает, что волна находится в докритическом режиме и не затухает. В этом случае надо исключить возможность ее возбуждения, для этого длину возбудителя примем 0.75 0.206. При этом закритическое затухание необходимо обеспечить для следующей волны высшего типа с, тогда м

Для согласования излучателя с питающим фидером следует применить четвертьволновый согласующий трансформатор с волновым сопротивлением равным

Расчет максимального напряжения в питающем фидере

При выборе коаксиального кабеля следует учесть не только коэффициент затухания на максимальной рабочей частоте, но и на надёжность его на электрический пробой. С этой целью производится его проверка по допустимости максимального рабочего напряжения с максимально допустимым напряжением для данной марки кабеля.

Для проверки надежности работы с точки зрения электрического пробоя коаксиального кабеля определим

КБВ можно принять равным (0.5…0.7), примем КБВ = 0.5, тогда

Напряжение короны коаксиального кабеля РК 50-33-17 кВ, то 4250 В, значит условие выполняется.

Расчет КПД фидерной линии

Длина фидерной линии выбирается из конструктивных соображений (10…100 м), примем l = 10 м

Коэффициент затухания фидера, дБ/м, находится из справочных значений

где 0.03 дБ на частоте 100 МГц, значит 0.062 дБ/м.

Значение коэффициента затухания подставляются в Нп/м из формулы

значит = 0.007

Модуль коэффициента отражения от конца цилиндрического стержня может быть оценен по формуле

Для конического стержня коэффициент отражения значительно меньше (обычно в 2…5 раза), примем 0.068. Тогда расчетное КПД по приведенной выше формуле составляет 0.868.

Расчет КПД антенно-фидерного устройства

Расчет производится по формуле:

КПД антенны определяется в основном потерями в диэлектрике и составляют примерно 0.5…0.7. Примем 0.7, тогда 0.521

Сделаем еще несколько замечаний, относящихся к КПД диэлектрической стержневой антенны.

Во-первых, отметим, что диэлектрические стержневые антенны сами по себе не имеют резонансных элементов и в этом смысле являются широкополосными (если только коэффициент замедления не выходит за пределы допустимых значений). Ширина рабочей полосы частот в диэлектрической антенне обусловливается резонансными свойствами возбуждающего элемента, т, е. вибратора в металлическом волноводе.

Во-вторых, диэлектрик антенны должен иметь малые потери, в противном случае КПД будет низок. Кроме того, возбуждающий вибратор в металлическом волноводе должен располагаться вне диэлектрика. Это приводит к повышению КПД вследствие того, что возбуждаемые вибратором высшие типы волн затухают вблизи него и не проникают в диэлектрическую среду.

Конструкция антенны

Конструкция антенны соответствует Рис 1, диэлектрический стержень изготавливается конусообразный, выбираются рассчитанные геометрические размеры и принятые для расчета материалы.