1- Описание принципа действия

директорная антенна

Директорная антенна представляет собой линейную решетку полуволновых вибраторов. Антенна состоит из одного активного и нескольких пассивных вибраторов. Вибраторы крепят на металлическом стержне. Такая конструкция допустима в связи с тем, что в месте крепления находится узел электрического поля, и сам крепящий стержень перпендикулярен к плоскости поляризации излучателей.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рефлектор и ближайший к активному вибратору директор при правильной их настройке усиливают поток энергии в направлении максимального излучения и ослабляют поток энергии в обратном направлении. Ослабление потока энергии в обратном направлении делает нецелесообразной установку дополнительных пассивных рефлекторов в этом направлении, так как они возбуждались бы слабо и соответственно слабо влияли бы на диаграмму направленности. В то же время усиление потока энергии в направлении максимального излучения создает благоприятные условия для возбуждения директора 2 при надлежащей его настройке. Директор 2 создает дополнительное усиление потока энергии в направлении максимального излучения и тем самым обеспечивает благоприятные условия для возбуждения директора 3 и т. д.

Энергия, распространяющаяся по волновому каналу, образованному директорами, доходя до его конца (до последнего директора), частично отражается. В результате в волновом канале, образованном директорами, как и в обычном волновом канале, образуются падающие и отраженные волны.

При надлежащей настройке директоров амплитуда отраженных волн становится весьма малой. При этом директорная антенна приближается по своим свойствам к антенне бегущей волны с поглощающим сопротивлением на конце.

Рефлектор директорной антенны должен быть настроен таким образом, чтобы возникающий в нем ток опережал по фазе ток активного вибратора. При этом напряженности полей, создаваемых активным вибратором и рефлектором, в направлении максимального излучения будут иметь благоприятное соотношение фаз. Для того чтобы в направлении максимального излучения получить благоприятное соотношение фаз полей активного вибратора и ближайшего к нему директора, нужно, чтобы ток в этом директоре опаздывал по фазе по отношению к току активного вибратора. Аналогично необходимо, чтобы ток директора 2 опаздывал по фазе по отношению к току директора 1, ток в директоре 3 опаздывал по фазе по отношению к току директора 2 и т. д.

Для получения указанного здесь соотношения фаз необходимо, чтобы полное сопротивление рефлектора, отнесенное к пучности тока, имело положительную (индуктивную) реактивную составляющую, а полное сопротивление директоров имело отрицательную (емкостную) реактивную составляющую

Знак реактивной составляющей полного сопротивления вибратора может меняться путем включения в вибратор индуктивного или емкостного сопротивления. Однако практически более удобно получить необходимую реактивную составляющую полного сопротивления соответствующим подбором длины вибратора. Реактивное сопротивление с положительным знаком получается при удлинении вибратора по сравнению с его резонансной длиной, а с отрицательным знаком - при укорочении вибратора. Необходимое для получения нужного реактивного сопротивления удлинение или укорочение вибраторов зависит от их волнового сопротивления. Чем выше волновое сопротивление (меньше размеры сечения), тем меньшее отступление от резонансной длины необходимо для обеспечения нужного реактивного сопротивления.

2. Электрический и конструкционный расчет.

Исходные данные для курсового проекта находятся в таблице 1.

Таблица 1.

2.1 Выбирается конструкция, состоящая из активного вибратора рефлектора и директоров

Определяем длину антенны по графику на рисунке 2.

Рисунок 2- Кривые угла раствора главного лепестка ДН в зависимости от относительной длины антенны

Для заданного угла раствора длина антенны составляет приблизительно 0,9л что составляет 21,6 см. число директоров, исходя из длины антенны, выбирается равным 3.

Выбирается расстояние между активным вибратором и первым директором.

Расстояния между директорами одинаковы и равны расстоянию между первым директором и активным вибратором.

Радиус поперечного сечения провода, из которого изготавливается антенна, выбираем равным

2.2 Рассчитываются собственные сопротивления активного вибратора и директоров

Собственное сопротивление активного вибратора

где

Собственное сопротивление директора

,

2.3 Определяются взаимные сопротивления вибраторов по графикам зависимости составляющих сопротивления от отношения расстояния между вибраторами к длине волны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Взаимные сопротивления активного вибратора с остальными вибраторами

Взаимные сопротивления первого директора с остальными вибраторами

Взаимные сопротивления второго директора с остальными вибраторами

Взаимные сопротивления третьего директора с остальными вибраторами

Рассчитываются токи в вибраторах. Составляется и решается система уравнений на основании законов Кирхгофа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Решив систему уравнений с помощью программы «MathCad», приняв для удобства значение ЭДС в активном вибраторе за 1В, получаем токи вибраторов

2.4 Определяется отношение амплитуды поля, излучаемого вперед, к амплитуде поля, излучаемого назад

Изменяется длина плеч директоров, повторяются расчеты согласно пунктам 2.1.5.- 2.5. полученные результаты вычислений сводятся в таблицу 2

Таблица 2.

На основе полученных данных выбирается собственное реактивное сопротивление директора -110 Ом.

Выбираем расстояние между активным вибратором и рефлектором

Рассчитывается собственное сопротивление рефлектора и взаимные сопротивление рефлектора с остальными вибраторами по графикам на рисунках 3 и 4.

Собственное сопротивление рефлектора

,

Взаимные сопротивления рефлектора с остальными вибраторами

Определяются токи в рефлекторе и остальных вибраторах путем решения системы уравнений составленных по закону Кирхгофа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Решив систему уравнений, получаем токи вибраторов

2.5 Определяется отношение амплитуды поля, излучаемого вперед, к амплитуде поля, излучаемого назад

изменяется длина плеч директоров, повторяются расчеты согласно пунктам 7.2.-10. полученные результаты вычислений сводятся в таблицу 3

Таблица 3

На основе полученных данных выбирается Собственное реактивное сопротивление рефлектора 87 Ом.

Рассчитывается диаграмма направленности

Диаграмма направленности в плоскости параллельной земле определяется выражением (12.1), где значения токов берутся из предыдущего расчета.

Рисунок 5- Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости.

Определяется диаграмма направленности в плоскости перпендикулярной земле.

Множитель земли определяется выражением

где выбираем высоту антенны над землей

множитель антенны ненормирован и одинаков как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости

Рисунок 6- Диаграмма направленности в вертикальной плоскости.

Определяется коэффициент направленного действия антенны

K1 - коэффициент, зависящий от длины антенны, лежащий в пределах 4 - 10 и определяемый по графику на рисунке 7.

Рисунок 7- Вспомогательный график для расчета коэффициента направленного действия антенны

Рассчитывается входное сопротивление антенны

Находится длина плеча активного вибратора

Определяется длина плеч директоров

Определяется длина плеч рефлектора

Выбирается питание активного вибратора. Будет использоваться параллельный вариант изображенный на рисунке 8.

Рисунок 8- Вариант последовательного питания активного вибратора.

В качестве фидера используется двухпроводная воздушная симметричная линия с диаметром провода 0,5 мм. и расстоянием между ними 0,5 см.

В данной схеме не требуется специальных согласующих устройств, т.к. подключение фидера производится к точкам вибратора с входным сопротивлением, соответствующим выполнению условия согласования.

Расчет положения точки подключения l1 производится по формуле

Длина согласующего участка l2 конструкционных соображений выбирается равной

Все рассчитанные размеры антенны сводятся в таблицу 3. все размеры даны в миллиметрах

Таблица 3