ЖитомирськийВійськовий Інститут
НаціональногоАвіаційного Університету
Реферат на тему:
Види, параметрита принцип роботи антен
Методирозширення смуги пропусканнявібраторних антен
Смугоюпропускання антени за вхідним опором називають смугу частот, у межах якої вхідний опірантени змінюється у припустимих межах. Як правило, фідер узгоджують із антеноюна середній частоті, при якій реактивний опір дорівнює нулю. Зміна частоти призводитьдо зміни активної складової та до виникнення реактивної складової вхідногоопору. Зазвичай основну роль в узгодженні має зміна реактивної складовоївхідного опору. Для настроєних у резонанс смуга пропускання вібраторів має бутипропорційна відношенню
/> .
До методів розширення смугипропускання відносять:
1. Зменшення хвильового опору ρа. Це досягається шляхом збільшенняпоперечних розмірів вібраторів (радіуса). Плечі таких вібраторів виготовляютьсяу вигляді циліндрів, конусів та пластин. Для зменшення вони виготовляються ізокремих провідників (вібратори Надененко та Айзенберга).
2. Збільшення активної складовоївхідного опору вібраторів. Для цього використовують вібратори Пістолькорса.
3. Компенсаційний метод.Компенсується реактивна складова вхідного опору.
Для укороченнявібраторів встановлюють додаткові L або C на кінцях або на вході вібраторів залежно від знака реактивної складової.
Такі методи можуть розширитисмугу пропускання до 50%.
Спрямованівластивості систем із двох вібраторів
Вхіднийопір двовібраторних антен
Одинокийсиметричний вібратор має недостатню спрямованість. Для підвищення спрямованостівикористовують системи однаково орієнтованих вібраторів – решітки вібраторів.ДС будь-якої решітки при відомих струмах у вібраторах визначається за допомогоюправила Бонч-Бруєвича.
Розглянемодвовібраторні антени. До таких антен відносяться: система, що складається іздвох паралельно розміщених активних вібраторів; система, що складається ізактивного вібратора та плоского ненастроєного рефлектора; система, що складаєтьсяіз активного та пасивного вібраторів. Між елементами таких систем існуєелектромагнітний зв’язок. Згідно з методом наведених ЕРС таку систему можнарозглядати як систему двох зв’язаних контурів. Вхідний опір двовібраторноїантени (рис.7.14) визначається на основі розв’язання алгебраїчних рівнянь Кірхгофа.
/>
Позначимонапруги, що підводяться до вібраторів від джерел змінних ЕРС, через /> та />, а струми навходах відповідно становлять />. Рівняння Кірхгофа для такої системимають вигляд
/>, (7.15)
де /> та /> − взаємні опори вібраторів;
/> та /> − власні опори вібраторів.
Якщо першерівняння системи (7.15) поділити на />, то вхідний опір першоговібратора буде дорівнювати
/> , (7.16)
де /> −комплексний опір, що вноситься у перший вібратор від другого.
Отже повнийкомплексний опір вібратора є сумою власного та внесеного опорів
/> . (7.17)
Внесений опірзалежить від АФР у системі із двох вібраторів, від відстані між вібраторами таїх взаємного розташування.
Якщо струми увібратора однакові />, то />, тобто у даному випадку взаємний(внесений) опір не залежить від АФР струмів у вібраторах.
Таким чином,наявність вібраторів поруч призводить до взаємного впливу, що змінює вхіднийопір. Зміна вхідного опору зумовлює зменшення потужності випромінювання черезвідбиття частки потужності до генератора. Останнє може привести до так званогоефекту “засліплення” Тому при практичному проектуванні багатовібраторних антенслід враховувати взаємний вплив її елементів один на одного.
Системаіз двох паралельних активних вібраторів
Будемо вважативібратори напівхвильовими, що розміщені паралельно на відстані d один від одного (рис. 7.15).
/>
Припустимо, щоамплітуди струмів у вібраторах рівні, а фази струмів відрізняються на постійнувеличину Ф0.
Така антена єсистемою ідентичних однаково орієнтованих випромінювачів. Для неї, як відомо,справедливе правило Бонч-Бруєвича. Результуюча ДС дорівнює
/>.
Для напівхвильового вібратора
/> . (7.18)
Множник системи дорівнює
/> . (7.19)
Тоді результуюча ДС будевизначатися за виразом
/> . (7.20)
Із виразу (7.20) випливає,що ДС двовібраторної системи залежить від співвідношення d/λ та фазового зсуву між струмами увібраторах.
Розрахункипоказують, що для синфазних (коли Фо=0) та протифазних (коли Фо=π) вібраторів ДС виходить порізаною.Тому використовують систему із фазовими зсувами між струмами у вібраторахπ/2. Якщо відстань між вібраторами дорівнює d=λ/4, а струм у першому вібраторівідстає від струму в другому вібраторі на π/2, тобто Фо=π/2, то ДС має вигляд, що наведений нарис. 7.16, а, б.
ДС має одинмаксимум, орієнтований у бік до випромінювача 2 із запізненням фази струму, таодин нуль, орієнтований у бік до вібратора 1.
/>
ДС системи є несиметричною />.
КСД системи дорівнюєD=3,5...4. Тому на практицітака система використовується рідко.
Системаіз активного та пасивного вібраторів
Система ізактивного та пасивного вібраторів (рис. 7.17) булазапропонована В.В. Татариновиму 1925 році. У такій двовібраторній системі напруга живлення підводиться тількидо першого вібратора.
Струм у пасивномувібраторі збуджується полем активного вібратора. Залежно від відстані d між вібраторами та налагодження пасивноговібратора (його довжини, що становить 2ℓn) характеристики системи будуть різними.
/>
У деяких випадкахмаксимум ДС системи буде спрямованим у бік пасивного вібратора, у деякихвипадках – протилежно. Відповідно пасивний вібратор називають директором аборефлектором.
Для знаходженняхарактеристик системи (ДС, вхідного опору, КСД) необхідно насамперед визначити величинуструму у пасивному вібраторі.
Системаалгебраїчних рівнів Кірхгофа (7.15) для даноговипадку набуває вигляд:
/> . (7.21)
Із другого рівняння маємо співвідношення
/> , (7.22)
та
/> , (7.23)
/>, (7.24)
де />, /> − комплексні амплітудиструмів в пасивному та активному вібраторах відповідно;
/> − комплексний взаємний опірсистеми;
/> − комплекснийвласний опір пасивного вібратора;
/> − АФР струму в системі(Р–АР, φп−ФР).
У системі, щорозглядається, довжина пасивного вібратора хоча і змінюється, але маловідрізняється від довжини активного вібратора. Тому величина R12 та X12 для різних d вибираються із таблиць взаємних опорів для напівхвильових вібраторів, авеличина /> визначаєтьсязгідно з формулою
/> . (7.25)
При зміні довжинипасивного вібратора змінюється X22, відповідно змінюється й АФР у системі, тобто величини P та φп.
Відповідно до правилаперемноження ДС система буде визначатися за співідношенням
/> , (7.26)
де /> − ДС напівхвильовоговібратора;
/> − множник системи.
Система, щорозглядається, можна подати у вигляді лінійної решітки із двох випромінювачів.Відомо, що множник системи для такої антени має вигляд
/>/> . (7.27)
Розраховані заформулою (7.27) графіки множника системи для різних електричних відстаней d/λ та різної настройки пасивного вібраторанаведені на рис.7.18.
/>
Із аналізунаведених графіків (рис. 7.18) можна сформулювати такі висновки:
при заданійвідстані між вібраторами шляхом зміни довжини пасивного вібратора (величини х22можна домогтися того, щоб він діяв, як директор або, як рефлектор;
при заданійдовжині пасивного вібратора досягти такого ж ефекту можна зміною відстані міжвібраторами.
Результуюча ДСсистеми f(θ) у площині Н (площині, що перпендикулярна вібраторам) збігаєтьсяз множником системи
fН(θ)=60fсист(θ) . (7.28)
Результуюча ДС у площині Евизначається за виразом
/> (7.29)
Вхідний опір активного вібратораматиме вигляд
/>
/> . (7.30)
Виділяючи дійснута уявну частини, набудемо такі співвідношення
/>, (7.31, а)
/> . (7.31, б)
Опір /> не враховуєвтрати в системі. Налагодження системи в резонанс здійснюється укороченнямпасивного вібратора />.
КСД системи слід розраховувати зазагальною формулою для вібраторних антен
/> . (7.32)
Як показуютьрозрахунки, система дозволяє набути значення D=4...6. Необхідна форма ДС досягається шляхом зміни довжини пасивноговібратора та його віддалення від активного вібратора.
Системаактивний вібратор – плоский ненастроєний екран
Для отриманняодносторонньої ДС та розширення робочого діапазону частот використовуютьантену, яка складається із напівхвильового активного вібратора, що розміщуєтьсяпаралельно плоскому екрану на відстані h. Для наближеного розрахунку ДСсистеми, вважають, що екран нескінченний. Тоді відповідно до методу дзеркальнихзображень [ ] дану систему можна замінитисистемою паралельних вібраторів, що віддалені один від одного на відстань 2h (рис. 7.19).
Для визначення ДСсистеми скористуємося формулою (7.20). Оскільки кут θ відраховується від осі системи івраховуючи, що фо=π, а d=2h, набудемо:
ДС в електричній площинідорівнює співвідношенню
/>/> . (7.33)
/>
ДС у магнітнійплощині дорівнює
/>. (7.34)
Розрахункипоказують, що ДС у площинах Е та Н майже однакові, внаслідок чого КСД системизбільшується до 5...7. Оскільки екран ненастроєний, розширюється робочийдіапазон частот. Тому така система широко використовується як первиннийопромінювач дзеркальних антен.
Особливостіконструкції та спрямованихвластивостей директорних антен
З метою звуженняДС та підвищення КСД використовують директорну антену або антену типу“хвильовий канал” (в іноземній літературі – антена Яги або Уда-Яги). Такаантена є лінійною дискретною системою, що складається із однаково орієнтованихта розміщених в одній площині одного активного вібратора, рефлектора та декількохдиректорів (рис. 7.20). Центри вібраторів приєднуються до металевої абодіелектричної стріли.
Постановка більшодного рефлектора неефективна, оскільки поле за рефлектором слабке. Рефлекторрозміщують на відстані (0,15...0,25)λ від активного вібратора. Кількість директорів, зазвичай, неперевищує 10...12. Відстань між ними (0,1...0,35)λ. Активний вібратор виготовляють на3...5% коротшим напівхвильового; директори укорочені на 5...15%, а рефлектор на2...5% довший напівхвильового. Директори збуджуються хвилею, щорозповсюджується впродовж осі, утворюючи своєрідний “хвильовий канал”. Відповіднодо цього директорна антена подібна антені біжучої хвилі.
/>
Директорна антенаформує ДС практично вісьосиметричної
форми. ШДС залежить від електричної довжини директорної антени, що визначаєтьсяза відношенням L/λ (рис. 7.21).
/>
Збільшеннядовжини антени призводить спочатку до більш швидкого, а потім до більшповільного звуження ДС. Це пояснюється більш слабким збудженням кожногонаступного директора. Для здійснення умови 2θ0,5p
До перевагдиректорної антени належать: простота та жорсткість конструкції, до недоліків –це вузькосмуговість та складність настройки. Антена використовується на УКХ.
Логоперіодичнаантена
Логоперіодичніантени належать до частотно незалежних антен. В основу роботи таких антен покладенийпринцип електродинамічної подібності, тобто при одночасній зміні довжини хвиліта всіх геометричних розмірів, в однаковій пропорції, основні параметри антени(вхідний опір та діаграма спрямованості) залишаються практично незмінними.Характерною особливістю частотно-незалежних антен є те, що одночасно (назаданій хвилі) у роботі приймає участь тільки частина антени. При зміні довжинихвилі робоча область, зберігаючи свої відносні розміри (у долях хвилі),переміщується вздовж антени.
Одна із можливихконструкцій логоперіодичної антени наведена на рис. 7.22.
/>
На рис. 7.22показана двопровідна лінія, до якої приєднані симетричні вібратори. Довжинавібраторів та відстань між ними збільшуються у міру віддалення від початкуантени так, що всі вібратори виявляються подібними, а лінії, що з’єднують їхкінці, утворюють постійний кут α для даної антени.
Коефіцієнтподібності τ (безрозмірний період структури) пов’язуєдовжину сусідніх вібраторів 2ℓi−1 та 2ℓi, а також і відстані цихвібраторів Ri−1 та Ri довершини кута α співвідношенням
/> . (7.35)
Розглянемопринцип дії логоперіодичної антени. Оскільки вібратори відрізняються один відодного за довжиною, то всі вони резонують на різних частотах. На деякій частотіfo, яка є резонансною дляодного з вібраторів, вхідний опір такого вібратора стає чисто активним і дорівнюєблизько 73 Ом, а вхідний опір решти вібраторів буде комплексним. При цьому їхреактивні складові будуть тим більшими, чим більше довжина кожноговідрізняється від резонансної. Це, в свою чергу, призводить до істотногозменшення струмів у вібраторах, що віддалені від резонансного, і зменшенню,внаслідок цього, їх впливу на сумарне поле випромінювання. Воно будевизначатися, так званою, активною областю антени (резонансним та найближчими донього двома-трьома вібраторами). Нехай антена збуджується на хвилі, для якоївібратор 3 настроєний у резонанс. При цьому, оскільки довжина вібратора 4 єбільшою за резонансну, а довжина вібратора 2 менша резонансної, то наведений,завдяки просторового зв’язку, струм у вібраторі 4 буде випереджати за фазоюструм у вібраторі 3, а струм у вібраторі 2 буде відставати від струму увібраторі 3. Отже, короткий вібратор 2 відіграє роль директора, а більш довгий вібратор4 – рефлектора. Тому подібні антени випромінюють енергію переважно у межаходнієї напівсфери у бік початку антени. Якщо частота генератора зменшиться істане дорівнювати τfo, то розпочне резонувати наступний, більш довгий вібратор.Збільшення частоти до значення fo/τвикликає резонанс у більш короткому вібраторі.
Тому на всіх частотах, щодорівнюють
/> , (7.36)
де fi − резонансна частота i-го вібратора.
ДС антени практично не змінюється.
Оскільки, привідображенні за логарифмічною шкалою, резонансні частоти повторюються черезоднакові інтервали, що дорівнюють
/>, (7.37)
то антени і набулиназву логоперіодичних. На резонансних частотах f1, f2,…,fn електричні параметри антени практично зберігаютьсянезмінними. Всередині інтервалів f1−f2, f2−f3, …, fn−1−fn ДС та вхідний опір дещо змінюються.
ДС логарифмічноїантени визначається кількістю вібраторів активної зони та амплітудними(фазовими) співвідношеннями струмів у вібраторах. У свою чергу, кількістьвібраторів активної зони і співвідношення струмів в них залежить відгеометричних параметрів антени τ та α.
Найдовша хвиляробочого діапазону визначається максимально припустимими розмірами антени,довжиною вібратора, що резонує на найдовшій хвилі, довжина якою дорівнює 2ℓмакс=λмакс/2.
Найкоротша хвиляробочого діапазону обмежується можливою точністю побудови вібратора поблизуточок збудження (ℓмін=λмін/4). Граничнічастоти робочого діапазону повинні вибиратися так, щоб за вібратором, щорезонує на λмакс, було б розміщено один-два більш
довгих вібраторів (рефлекторів), а перед вібратором, що резонує на λмін(ближче до точок живлення), два-три більш коротких вібраторів (директорів).
Практично, задопомогою логоперіодичних антен можна набути ДС, яка мало змінюється у головнихплощинах і коефіцієнт біжучої хвилі Кб у фідері (з відповіднимхвильовим опором) не нижчий за 0,6...0,7. Оскільки у випромінюванні одночасноприймає мала кількість вібраторів, то ДС отримується достатньо широкою. ТиповаДС логоперіодичної антени у двох головних площинах наведена на рис. 7.23.
/>
Збільшення τ(до значення не більше 0,95) при незмінному α призводить до звуження ДС,оскільки при цьому збільшується кількість вібраторів, що входять в активну(робочу) область антени.
У розглянутійантені вібратори були розміщені в одній площині. На практиці знаходятьзастосування також і просторові логоперіо-дичні антени. Конструкція такої антенинаведена на рис. 7.24. У такій антені провідникифідера розміщені під деяким гострим кутом γ один до одного, а плечівібраторів, що приєднані до провідників фідера, знаходяться у різних площинах.
/>
При цьому діапазоннівластивості антени зберігаються практично незмінними, а максимум випромінюванняу площині Н виявляється орієнтованим вздовж бісектриси кута γ в сторонуточок живлення. ДС у площині Е (площина, що проходить через бісектрису кутаγ та паралельна осям вібратора) приблизно така ж як і в плоскій антені. ДСу площині Н (площина YOZ) суттєво залежить від кута γ і при правильному його виборі може стати вужчою, ніж уплощині Е. ШДС у площині Н залежить також від кута α: чим менший цей кут (чим довшаактивна частина антени), тим більш гострою буде ДС.
Логоперіодичніантени використовуються для КХ та УКХ зв’язку, часто використовують якопромінювач дзеркальної антени.
Перевагоюлогоперіодичних антен над директорними є їх широкодіапазонність.
Логоперіодичнаантена може працювати у дуже широкому діапазоні частот (коефіцієнт перекриттячастотного діапазону дорівнює S=10 та більше).
Типищілинних випромінювачів
Щілиннівипромінювачі являють собою вузькі щілини, що прорізані у стінці хвилеводу,резонатора, коаксіального кабелю та на смужковій лінії (рис. 7.25, а).
Ширина щілини становить (0,03…0,05)λ, довжина їхблизько півхвилі.
Щілинипрорізаються так, щоб вони перетиналися лініями
поверхневих струмів, що протікають по внутрішнім стінкам хвилеводу аборезонатора.
/>
Можливі різніположення щілин (рис. 7.26, а): поперечна щілина 1; повздовжнящілина 2; похила щілина 3.
/>
Форма щілини тежможе бути різною (рис. 7.26, б): прямолінійна − 1; кутова − 2;гантелеподібна − 3; хрестоподібна − 4.
Спрямованівластивості та параметри елементарної щілини
На основівідомого із теорії електромагнітного поля принципу перестановочної подвійностіПістолькорс А.А. у 1944 році сформулював такий принцип подвійності:
розв’язок рівняньМаксвела для магнітного поля, що набутий для даних граничних умов будесправедливим і для електричного поля, якщо у граничних умовах обидва поляпоміняти місцями
/>
де /> − вектор щільності електричногоструму;
/> − фіктивнийвектор щільності магнітного струму.
При застосуванніпринципу подвійності Пістолькорса до відомої з електродинаміки структури поляелементарного електричного вібратора можна отримати поле від елементарноїщілини (ℓщ
Аналогічно можназнайти поле від напівхвильової щілини, якщо відоме поле від симетричногонапівхвильового вібратора.
ДС напівхвильовоїщілини та напівхвильового симетричного вібратора однакові (рис. 7.27).
/>
З аналізунаведених ДС випливає, що:
ДС щілини тавібратора однакові (тороїдальні);
електричні тамагнітні площини міняються місцями, тобто екваторіальна магнітна площина длявібратора переходить в електричну для щілини, а мередіальна електрична площинадля вібратора переходить у магнітну для щілини і навпаки.
Таким чином,поляризація хвилі від вібратора збігається з його віссю, а від щілини −перпендикулярна до осі щілини.
Хвилеводно-щілинніантени
Одна щілина маєнедостатньо спрямовані властивості. Для збільшення спрямованості та отриманняДС певної форми використовуються багатощілинні антени, що являють собою лінійніта двомірні решітки.
Найважливішимтипом таких антен є хвилеводно-щілинні антени (ХЩА), що є системоюнапівхвильових щілин, які прорізані у
стінках хвилеводу. Найчастіше використовують прямокутні хвилеводи з хвилею Н10.
За особливостямизбудження розрізняють дві групи ХЩА: резонансні та нерезонансні.
Резонансніантени (рис.7.28)− це антени, у яких відстані між щілинами та їх розміщеннязабезпечують синфазність їх збудження.
/>
/>
При поперечнихщілинах на широкій стінці хвилеводу або повздовжніх щілинах на вузькій стінцівідстань між сусідніми щілинами дорівнює λх (рис. 7.28, а). Такі антениназиваються прямофазними. Якщо повздовжні щілини розміщені на широкійстінці хвилеводу (рис. 7.28, б), то ця відстань дорівнює λх/2. Додатковийзсув фази на π відбувається через те, що поперечна складова поверхневогоструму змінює свій напрямок при переході середньої лінії широкої стінки хвилеводу(рис. 7.29).
Антени, у якихсусідні щілини мають додатковий зсув фази на π, називаються зміннофазними.
Через синфазністьщілин головний максимум ДС резонансних антен перпендикулярний до осі хвилеводу(рис. 7.29).
Резонансні антенизазвичай працюють у режимі стоячої хвилі, для забезпечення якого в кінці антени(хвилеводу) розміщують короткозамкнений поршень (рис. 7.30).
Відстань міжпоршнем та останньою щілиною для решіток із повздовжніми щілини має дорівнювати
/>,
а для решіток ізпоперечними щілинами дорівнює
/>.
/>
Найбільшдоцільною у практичному застосуванні є антена, що наведена на рис. 7.28, б,оскільки відстань λ/2≈0,7λ між щілинами забезпечує відсутністьдифракційних максимумів (хвиля Н10).
Недолікомрезонансних антен є їх вузькосмуговість − це режим доброго узгодження тасинфазність збудження зберігаються у смузі частот, яка не перевищує декількохвідсотків. Пояснюється це так. На основній частоті відбиття від щілин, щорозташовані на відстані λх або λх/2 одна від одної, додаються у фазі.При незначній зміні частоти це вже не має місця, і узгодження антени зхвилеводом живлення різко порушується. Викривляється її ДС, оскільки при відхиленнічастоти порушується синфазність живлення щілин.
Нерезонансніантени −це антени, у яких на відміну від резонансних відстань між щілинами дещо більша,або менша λх/2 або λх (рис. 7.31 а, б).
Збудження щілинзазвичай відбувається біжучою хвилею. Тому щілини збуджуються несинфазно івздовж антени встановлюється лінійний фазовий розподіл. Максимум головноїпелюстки ДС відхилений на деякий кут від перпендикуляра до осі хвилеводу в бікрозповсюдження хвилі при відстані між щілинами />, та у протилежному напрямку, якщо/>.
/>
Відбита від кінцяантени хвиля призводить до появи паразитної пелюстки, що розташовуєтьсясиметрично з другого боку від перпендикуляра до осі хвилеводу відповідно допелюстки, яка зумовлена падаючою хвилею. Для уникнення відбитої хвилі в кінціантени розміщується поглинаюче навантаження. У цьому навантаженні поглинається5…20 % вхідної потужності.
Переваги нерезонансних антен передрезонансними такі:
більший робочийдіапазон;
можливістьелектронного сканування ДС шляхом зміни нахилу лінійного фазового розподілу.Останнє досягається зміною частоти живлення хвилеводу, що призводить до змінифазової швидкості розповсюдження хвилі у хвилеводі і, відповідно, до змінивеличини зсуву фаз між сусідніми щілинами;
простота та відсутністьчастин, що виступають за межі поверхні, на який прорізані щілини. Це зумовлюєшироке їх застосування у літальних апаратах.
Для розширеннясмуги пропускання використовуються гантелеподібні щілини, а для випромінюванняхвиль з коловою поляризацією − хрестоподібні.
Недоліком багатощілинних нерезонанснихантен є послаблення інтенсивності збудження у міру наближення до поглинаючогонавантаження. Даного недоліку можна уникнути поступовим збільшенням відстаніміж шілинами та середьою лінією хвилеводу в міру наближення до кінця антени. Уміру відділення повздовжньої щілини від середньої лінії, як відомо,інтенсивність її випромінювання збільшується і тому експоненціальний амплітуднийрозподіл наближається до рівномірного. Оскільки щілина випромінює в один бік,то КСД у 2 рази більший ніж у симетричного вібратора.
Спрямованівластивості багатощілинних антен оцінюють аналогічно лінійним рівномірним прямофазнимрешіткам.Рамкові антени
Рамковіантени −це дротяні антени у вигляді квадратних, кругових, ромбічних, трикутних і такихінших рамок.
До рамкових антенвідносять:
малі рамковіантени (периметр рамки значно менший довжини хвилі);
діапазоннірамкові антени (периметр рамки можна порівняти з довжиною хвилі).
Малірамкові антени
Електричнімалі рамки.
Геометричнірозміри таких антен значно менші довжини хвилі />.
Конструктивноелектрична рамка − це один або декілька послідовно з’єднаних витківпровідника, намотаних на діелектричний корпус, які розміщені у вертикальнійплощині (рис. 7.32 а, б).
Вертикальнірозміри рамки можуть бути від декількох сантиметрів до десятків метрів залежновід її призначення.
До основнихпараметрів рамки відносять:
1. Амплітуднезначення електрорушійної сили, яка наводиться вертикально поляризованою хвилеюу рамці, що має N витківбуде дорівнювати
/>, (7.39)
де /> − хвильове число;
N − кількість витків, що маєрамка;
S − площа рамки;
Eм − амплітуда напруженостіелектричного поля, яке падає на
рамку;
θ − кут падіння електромагнітної хвилі доплощини рамки відносно нормалі.
Максимальне значенняεм буде при θ=90о
/> . (7.40)
/>
2. Реактивнаскладова вхідного опору має індуктивний характер, і для налагодження рамки урезонанс використовують високодобротні конденсатори.
3. ДС рамки має вигляд“вісімки”, F(θ)=sinθ, яка знаходиться у площині перпендикулярнійдо площини рамки і проходить через її вісь (рис. 7.33), та має вигляд кола вплощині рамки.
4. Діюча довжинарамки
/>. (7.41)
5. Опірвипромінювання можна знайти так
/>/>,
Тобто
/> (7.42)
/>. (7.43)
/>
Оскільки у малої рамкової антени />, то її опірвипромінювання RΣ дуже малий, і її можна використовувати на довгих та середніххвилях, як приймальні антени.
Рамковіантени з магнітним осердям
Збільшити дожинурамкової антени можна через використання магнітного осердя з магнітноюпроникністю μос>>1. Діюча довжина такої антенивизначити за виразом
/> .
де μос − залежить від магнітноїпроникності осердя та його форми.
Конструкціярамкової антени з магнітним осердям наведена на рис. 7.34
Оскільки діючадовжина ℓд збільшується в μос разів, товідповідно буде збільшуватися і електрорушійна сила, яка наводиться в рамці />.
/>
Такі рамки інодіназивають магнітними антенами.
Осердявиготовляють із магнітодіелектриків (пермалою, феритів, сплаву алюмінію,кремнію та заліза тощо). При збільшенні відношення ℓ/d магнітна проникність μосзбільшується, тому осердя магнітних антен виготовляють порівняно довгими.
Діапазонні(хвильові або резонансні) рамкові антени
У резонанснихрамкових антен периметр приблизно дорівнює довжині хвилі λ (рис. 7.35).
/>
Довжина кожноїсторони приблизно дорівнює чверті довжини хвилі.
Хвильові рамкизастосовуються у діапазоні УКХ як приймально-передавальні антени тому, що опірвипромінювання резонансних рамкових антен більший, ніж у малої рамкової антени.
Дійсно, згідно з виразом(7.43) маємо співвідношення
/>~/>.
Мала рамковаантена має />,а хвильова − /> (Sмп
Щодо ДС хвильовоїрамкової антени, то її спрямовані властивості схожі із властивостями вібратораПістолькорса (симетричного вібратора). Максимум випромінювання відбувається понормалі до площини рамки, поляризація − горизонтальна.
Для збільшення спрямованості використовують декількарамкових антен, що встановлюються одна за одною вздовж загальної осі (подібнодиректорним антенам).
Список використаної літератури
1. Антенны и устройстваСВЧ. Н.Т. Бова, Г.Б. Резников, Киев, «Вища школа», 1982.
2. Антенно –фидерные устройства, А.З. Фрадин, «Связь», 1977.
3. Ресурси мережіінтернет.