--PAGE_BREAK--
2.2.3. Расчёт полной статической ёмкости антенны:
2.2.4 Расчёт волнового сопротивления антенны:
Результаты вычислений сведём в таблицу 1.
Частота (кГц)
410
425
454
468
480
500
512
λ (м)
731,707
705,882
660,793
641,026
625,000
600,000
585,938
k
0,0086
0,0089
0,0095
0,0098
0,0101
0,0105
0,0107
ρг (Ом)
277
276
274
273
273
271
271
ρв (Ом)
272
271
269
268
268
266
266
ρа (Ом)
550
548
544
542
540
538
537
таблица 1
где:
λ — длины волн на которых производим вычисления;
к — волновое число;
ρг — волновое сопротивление горизонтальной части;
ρв — волновое сопротивление вертикальной части;
ρа — волновое сопротивление всей антенны.
Зависимость полного волнового сопротивления антенны от частоты представлена на рисунке 1:
рис. 1 График зависимости полного волнового сопротивления антенны от частоты
2.3. Расчёт эквивалентной длины антенны
lэ для Г-образной антенны:
С помощью горизонтальной части получаем более равномерное распределение тока вдоль вертикальной части, а значит увеличили действующую длину и увеличили мощность излучения. Горизонтальную часть заменяем на эквивалентный отрезок провода, присоединяемый к вертикальной части, длина которого bэ выбирается таким образом, чтобы реактивное сопротивление данного отрезка и горизонтальной части в месте стока были равны друг другу. Расчёт проводим на фиксированных частотах, предназначенных для радиослужбы на подвижных объектах (410,425,454,468,480,500,512 кГц).
Результаты вычислений представим в таблице 2.
таблица 2
где:
bэ — эквивалентная длина горизонтальной части антенны, вычисляемая по формуле
lэ — эквивалентная длина горизонтальной части антенны (lэ=lv+bэ).
Зависимость эквивалентной длины от частоты представлена на рисунке 2:
рис. 2 График зависимости эквивалентной длины антенны от частоты
Из графика видно, что при увеличении частоты эквивалентная длина антенны увеличивается. Следовательно, если мы хотим, что бы наша антенна работала на более высоких частотах, необходимо увеличивать длину горизонтальной части антенны.
2.4. Расчёт собственной длины волны антенны:
Наибольшая волна, при которой антенна настроена в резонанс, обычно называется собственной волной антенны. Из первой таблицы выбираем наибольшую lэ. Для данной эквивалентной длине антенны произведём расчёт собственной длины волны этой антенны:
Результаты вычислений собственной длины представим в таблице 3.
таблица 3
где:
Графическое решение представлено на рисунке 3:
рис. 3 График расчёта собственной длины волны
Из построенных графиков видим, что собственная длина волны 36 м.
Увеличение длины собственной волны я является одной из причин использования заземлённых антенн на длинных и средних волнах.
2.5. Расчёт параметров антенны:
2.5.1. Расчёт действующей высоты антенны:
Действующая длина (высота) — это коэффициент пропорциональности между напряжённостью поля в направлении максимального излучения током рассматриваемой в антенне. Определим действующую высоту для семи фиксированных частот. Результаты вычислений представим в виде таблицы 4:
таблица 4
где:
Зависимость действующей длины от частоты представлена на рисунке 4:
рис. 4 График зависимости действующей длины антенны от частоты
Из построенного графика видно, что с увеличением рабочей частоты действующая высота антенны увеличивается. Разница между максимальной и минимальной рабочими частотами составляет не более 100 кГц, но на эту разницу действующая дина антенны изменилась всего на 0,0003 метра, что составляет незначительные изменения, следовательно, антенна будет нормально работать и при изменении частоты на более большое значение. Но при увеличении частоты этот параметр стабильно увеличивается, что для нашей антенны благоприятно. следовательно, увеличение частоты не окажет отрицательного влияния на этот параметр антенны.
2.5.2. Расчёт сопротивления излучения:
Основное излучение в несимметричных антеннах приходится на вертикальную часть. Роль горизонтальной части заключается в том, что она даёт более равномерное распределение тока в антенне, увеличивает ёмкость антенны и уменьшает напряжение в ней.
Произведём расчёт сопротивления излучения антенны для семи фиксированных частот. Так как наша антенна обладает эквивалентной длиной меньше, чем значение 0,3, то воспользуемся следующей формулой для определения сопротивления излучения.
Вычисления сведём в таблицу 5:
таблица 5
Зависимость сопротивления излучения антенны от частоты представлена на рисунке 5:
рис. 5 Зависимость сопротивления излучения антенны от частоты
Из построенного графика видно, что при увеличении рабочей частоты, сопротивление излучения увеличивается, следовательно антенна сможет работать в этом диапазоне, так как коэффициент её полезного действия будет постоянно увеличиваться. продолжение
--PAGE_BREAK--
2.5.3. Расчёт сопротивления потерь:
Потери энергии в антенной цепи на ДВ и СВ диапазонах складываются:
1. из потерь и в заземлении или противовесе;
2. потерь в органах настройки;
3. потерь в изоляторах и проводах;
4. прочие антенны (мачты, оттяжки).
Самые большие потери в органах настройки с удлинением длины волны. Рассчитаем сопротивление потерь на семи фиксированных частотах. Результаты вычислений представлены в таблице 6:
таблица 6
где:
Зависимость сопротивления потерь от частоты представлена на рисунке 6:
рис. 6 График зависимости сопротивления потерь антенны от частоты.
Из построенного графика видно, что с увеличением частоты сопротивление потерь уменьшается. Значит на более высоких частотах антенна будет годна к использованию, так как её коэффициент полезного действия будет возрастать.
2.5.4. Расчёт коэффициента полезного действия:
Найдём коэффициент полезного действия нашей антенны на семи фиксированных частотах, результаты в таблице 7:
таблица 7
где:
— коэффициент полезного действия
Зависимость КПД антенны от частоты представлена на рисунке 7:
рис. 7 График зависимости КПД антенны от частоты
Из полученного графика видно, что при увеличении частоты коэффициент полезного действия антенны увеличивается. Следовательно нашу антенну целесообразно использовать на более высоких частотах.
2.5.5. Расчёт активной и реактивной составляющих входного сопротивления антенны:
Активное сопротивление антенны складывается из сопротивлений излучения и потерь (). Таким образом активное сопротивление антенны на семи фиксированных частотах будет равно, расчёты представлены в таблице 8:
таблица 8
Зависимость активного входного сопротивления антенны от частоты представлена на рисунке 8:
рис. 8 График зависимости активного входного сопротивления антенны от частоты
Из графика видно, что при увеличении частоты активное сопротивление уменьшается, следовательно при увеличение частоты коэффициент полезного действия будет увеличиваться. И целесообразно использовать нашу антенну на приём и на передачу.
Реактивное сопротивление нашей антенны носит ёмкостной характер . В этом случае реактивное сопротивление антенны рассчитываем по следующей формуле:
Результаты вычислений сведены в таблицу 9:
таблица 9
На рисунке 9 представлена зависимость реактивного сопротивления антенны от частоты:
рис. 9 График зависимости реактивного сопротивления антенны от частоты
Из полученного графика видно, что при увеличении частоты реактивное сопротивление стремится к нулю, что для нашей антенны благоприятно, так как остаётся одно активное сопротивление. Так как реактивное сопротивление носит ёмкостной характер, то рекомендуется включить для настройки антенны в резонанс, необходимо ввести элемент настройки виде индуктивности, с переменной индуктивностью ; ; .
Произведём расчёт индуктивности на семи фиксированных частотах, результаты представим в виде таблицы 10:
таблица 10
Зависимость переменной индуктивности от частоты представлена на рисунке 10:
рис. 10 График зависимости переменной индуктивности от частоты
С увеличением частоты Lуменьшается, следовательно, чтобы не подбирать катушку индуктивности на каждой частоте, её следует сделать переменной.
2.5.6 Расчет характеристики направленности антенны в вертикальной плоскости и построение диаграммы направленности антенны:
На ДВ и СВ земля по своим свойствам является хорошим проводником и её действие на ДН можно учесть влияние зеркального изображения с тем же направлением тока равной величины. Следовательно, замена земли зеркальным изображением вибратора сводится к переходу от симметричного вертикального вибратора длиной lэ к симметричному длиной 2lэ. Поэтому ДН такого вибратора в вертикальной плоскости выражается формулой:
В соответствии с данными значениями построим диаграмму направленности Г-образной антенны, на боковых и средней частотах (410; 468; 512 кГц). На рисунке 11 представлена диаграмма направленности для f=410 кГц:
рис. 11 Диаграмма направленности Г-образной антенны
На рисунке 12 представлена диаграмма направленности для f=468 кГц:
рис. 12 Диаграмма направленности Г-образной антенны
На рисунке 13 представлена диаграмма направленности для f=512 кГц:
рис. 13 Диаграмма направленности Г-образной антенны
Анализ данной диаграммы направленности показывает, что имеются два направления максимально излучения 0 и 180 градусов в меридиональной плоскости и одно направление минимального излучения в 90 градусов, по всем другим направлениям происходит уменьшение амплитуды до нуля.
Можно проследить, что при уменьшении длины волны диаграмма направленности сужается, но незначительно, так как все длины волн соизмеримы с длиной вибратора. продолжение
--PAGE_BREAK--