Коэффициент направленного действия

1.2 Коэффициент направленного действия

Для полного представления направленных свойств систем излучателей необходимо оценить КНД. В соответствии с общей формулой КНД определяется зависимостью:

где f(q,f) - нормированная характеристика направленности антенны.

Во многих практических случаях можно не учитывать собственные направленные свойства элемента решетки и положить f₁(q,f) =l, т. е. решетка будет состоять из изотропных излучателей. Либо предположить, что она состоит из элементарных вибраторов, т. е. f₁(q,f) = sin(q).

Соответствующий вывод формул для КНД линейных синфазных равноамплитудных решеток из изотропных излучателей и элементарных вибраторов широко представлен в литературе по антенной технике. На рис.1.3 приведены характерные графики изменения КНД линейных решеток из продольных элементарных вибраторов от n и d.

При увеличении шага d/l КНД сначала растет вследствие сужения главного лепестка диаграммы направленности. При некоторых оптимальных значениях d/l, КНД достигает максимума и

Рис.1.3

при дальнейшем увеличении d/l начинает падать в связи с увеличением уровня боковых лепестков, следующие:

• для решетки изотропных излучателей 0,5;

• для решетки из продольных вибраторов 1.

Анализ КНД проведенный для линейных решеток, состоящих из элементарных вибраторов, вполне пригоден также для решеток, состоящих из симметричных вибраторов, длина плеч которых не превышает полуволны. Это объясняется тем, что диаграммы направленности таких вибраторов незначительно отличаются от диаграмм направленности элементарных вибраторов.

  1.3 Коллинеарная антенна

Одним из эффективных путей реализации антенны вертикальной поляризации с высокой направленностью состоит в том, чтобы сформировать линейную антенную решетку, в которой комбинируется несколько синфазных коллинеарных излучающих элементов.

В некоторых видах антенн между полуволновыми излучающими элементами для обеспечения синфазного питания включены катушки индуктивности. Этот тип антенны называется нагруженной антенной и часто используется как автомобильная антенна.

Антенны, более известные как коаксиальные коллинеарные антенны. Эти антенны используются как автомобильные антенны, так и антенны базовых станций. Синфазность питания этих антенн зависит от длины излучающих элементов и расстояния между ними, поэтому эти антенны узкополосные.

 
2. Исходные данные и их краткий анализ

Исходные данные:

f₀=370 МГц

Df =5%

P=100 Вт

КУ=6 дБ

В данном курсовом проекте необходимо рассчитать коллинеарную антенную решетку с последовательным возбуждением, это требует выполнение ряда условий. Во-первых, нашу антенну необходимо питать у основания, т.е. на отражающем экране. Во-вторых, необходимо использовать между полуволновыми излучающими элементами четвертьволновых шлейфов. Это необходимо для того, чтобы можно было использовать для расчета нашей антенны модель Маркони-Франклина, т.е. что токи в антенне, на излучающих элементах, распределяются синфазно. Т.к. используется последовательное возбуждение, то мы не можем использовать очень большое количество элементов решетки, потому что ток к концу антенны спадает. Поэтому в качестве излучающих элементов выбираем полуволновый вибратор, т.к. у него наиболее высокий КНД, и это позволит нам сократить количество элементов решетки, для обеспечения необходимого КУ.

Полоса частот Df =5% требует широкополосного согласования, т.к. входное сопротивление антенны будет сильно меняться, с изменением частоты.

3. Расчет ДН антенной решетки   3.1 Расчет ДН одного излучающего элемента

В качестве излучающего элемента будем использовать полуволновый вибратор. Рассчитаем его характеристики

3.2 Расчет ДН одного всей антенны

[2]

Сопротивление полуволнового вибратора равно

Z=73.1+j42.5 Ом

4. Проверка расчета антенны с помощью программы «SAR32»   4.1 Исходные данные для расчета 4.1.1 Геометрические размеры в абсолютных единицах l

4.1.2 Входы и питание антенны

4.1.3 Подобласти

4.1.4 Частоты/экран

4.2 Результаты расчета

  4.2.1 Входные характеристики Zвх

4.2.2 Входные характеристики КБВ/Г

4.2.3 ДН меридиональная плоскость декартова система координат

4.2.4 ДН меридиональная плоскость полярная система координат

4.2.5 ДН азимутальная плоскость полярная система координат

4.2.6 ДН азимутальная плоскость декартова система координат

4.2.7 КНД и КУ

4.2.8 Токи на излучающих элементах

1-ый

2-ой

3-ий

4-ый

Рассчитаем согласующее устройство в данном случае это Шлейф Татаринова.

После согласования входное сопротивление антенны стало 74 Ом, что подходит под использования коаксиального кабеля с сопротивлением 75 Ом.

5. Эскиз конструкции антенны

l/2

 Су

Ll/2Z_A

L_до.шл

L_шл

l/2

l/4l/4

Коаксиальный кабель

В качестве излучателей используются полуволновые вибраторы, соединенные между собой четвертьволновыми шлейфами. Вся эта конструкция крепиться на диэлектрической мачте длинной L=1.622 м.

В качестве согласующего устройства используется короткозамкнутый шлейф Татаринова L_шл=7.2 см, L_до.шл=14.4 см.

Конструкция излучателя

Вывод

В данном курсовом проекте была рассчитана коллинеарная антенная решетка, полученные результаты были оценены с помощью программы «SAR32», которая производит расчет реальной антенны без приближений.

Величина КУ рассчитанного по программе, оказалась сопоставимой с требуемой по заданию. Также была рассчитана ширина ДН на уровне половинной мощности и на нулевом уровне, она оказалась такой же как и при предварительном расчете.

Список литературы:

1. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства» М. 1974г.

2. Айзенберг Г.З. «Антенны УКВ» часть 1.М.1977г.

3. Методические указания к лабораторным работам «Антенны и устройства СВЧ», часть 1 Рязань 1999г.

4. Курс лекций по предмету «АФУ и РРВ», лектор Маторин А.В.

5. Сазонов Д.М. «Антенны и устройства СВЧ» М 1988г.