Ministeriet för utbildning och vetenskap i Ryska federationen

Baltic State Technical University "Voenmeh"

dem. D.F. Ustinov

Institutionen för radioelektroniska styrsystem

V.P. SMOLIN

STUDIE

DIELEKTRISK STÖANTENN

Elektronisk version av manualen för laboratoriearbete på disciplinen "Mikrovågsapparater och antenner"

St. Petersburg

YTA VÅGANTENNER

GUIDE YTAPARAMETRAR

Ytvågor är vågor som fortplantar sig längs en viss yta, som om de "klibbar" till den, och vågornas amplitud dämpas långsamt längs denna yta och snabbt - enligt en exponentiell (eller nära den) lag - minskar när man rör sig bort från det längs det normala. All energi bärs av vågen i ett tunt lager intill styrytan. Ytvågor uppstår vid gränssnitten mellan medier med olika elektriska parametrar, varav fashastigheten i den ena är mindre än i den andra. Ett av dessa medier inom antennteknik är vanligtvis luft, och det andra kan vara ett medium där de så kallade "långsamma" vågorna utbreder sig, med en hastighet som är lägre än hastigheten i det fria utrymmet.

Effekten av total intern reflektion uppstår vid brytning av en våg, om den går från ett tätare medium till ett mindre tätt, vid infallsvinklar = tl (vinkel för total inre reflektion), brytningsvinkel = 90. Vi övergår till Snells lag , (1)

var är infallsvinkeln; - brytningsvinkel, - brytningsindex för ett tätare medium, - brytningsindex för ett mindre tätt medium; - dielektriska konstanter för det första respektive andra mediet, vi ser att vid > (för luft = 1) och > luft måste syndens värde vara större än enheten. Uppenbarligen, för alla verkliga värden för brytningsvinkeln, är en sådan situation omöjlig. Det är dock känt att sinus, betraktad som en funktion av ett komplext argument, kan ta vilket stort värde som helst. I enlighet med detta antagande, och även i fallet med >pvo, får brytningsvinkeln en imaginär ökning. Samtidigt kan man skriva

i, sin == ch , cos == - i sh . (2)

Här är den imaginära delen av brytningsvinkeln. Genom att ersätta uttryck (2) med uttrycket för en våg som utbreder sig längs en godtyckligt riktad axel z får vi:

. (3)

I matematisk form är detta förhållande mycket likt uttrycket för den komplexa amplituden hos en plan våg som utbreder sig i ett förlustmedium. Sådana vågor kallas inhomogena plana vågor. Ur en fysisk synvinkel fortplantar sig en inhomogen plan våg längs gränsytan, som om den "klibbar" till den. Denna egenskap ger anledning att kalla sådana vågor ytvågor. Vid första anblicken kan det tyckas att begreppet den komplexa brytningsvinkeln introducerades något artificiellt. Men i huvudsak är en sådan utvidgning av begreppet en plan våg giltig, eftersom den komplexa amplituden av formen (3) fungerar som en lösning på Helmholtz-ekvationen

som kan verifieras genom direkt substitution, med hänsyn till detta

Eftersom ch>l är utbredningskonstanten för en ytvåg pov= alltid större än utbredningskonstanten för en homogen plan våg med samma frekvens som utbreder sig i medium 2. På grund av det faktum att utbredningskonstanten är direkt relaterad till fasen hastighet genom förhållandet Vph=/, kommer vi fram till slutsatsen att ytvågor utbreder sig med en hastighet som är mindre än motsvarande enhetliga plana vågor. Av denna anledning kallas ytvågor ofta som långsamma vågor. Den begränsande retardationen erhålls när den infallande vågen utbreder sig parallellt med gränssnittet, dvs när ch=l/2. Vart i

Sålunda, i gränsen, tenderar fashastigheten för vågor i ett mindre tätt medium till ett värde som är karakteristiskt för ett tätare medium.

Låt oss slutligen uppehålla oss vid frågan om djupet för inträngning av vågor i medium 2 när villkoret >pvo är uppfyllt. Det följer av formel (3) att djupet vid vilket fältamplituden minskar med en faktor e är lika med d=1/.

Alltså fältet i miljön 2 existerar endast i ytskiktet, vars tjocklek är ungefär en våglängd i ett medium med en dielektrisk konstant. Det är viktigt att notera att när fashastigheten saktar ner, minskar skärpedjupet i ett mindre tätt medium.

Inom antennteknik är ytvågor som utbreder sig längs runda cylindriska och platta mediagränssnitt väl studerade och finner tillämpning.

Styrytan kan karakteriseras av den så kallade ytresistansen, lika med förhållandet mellan tangentiella komponenter i de elektriska och magnetiska fälten vid gränsytan i luft, Zs =.

Dämpningen av en ytvåg längs styrytan, om det andra mediet är luft, är vanligtvis liten. Och utbredningskonstanten kan anses sammanfalla med fasförskjutningskonstanten, vilket definierar fashastigheten som Vph = ,

där , var är våglängden längs styrytan.

I princip kan ytor skapas för vilka V f > med. För att rikta en våg längs dem är det nödvändigt att ha en andra, slät metallyta ovanför guiden, som förhindrar utstrålning av energi i rymden. I avsaknad av en andra yta används endast styrytor med V. f < с, т. е. замедленные волны.

Vi accepterar fältkomponenternas beroende av avståndet y längs normalen till ytan som t.ex. Då kan det visas att utbredningskonstanten längs normalen är relaterad till ytresistansen med ekvationen Z (5)

där =- i - utbredningskonstant längs normalen;

Dämpningskoefficient, - fasförskjutningskonstant.

Om utbredningskonstanten är reell, så finns det ingen våg som lämnar ytan, och fältamplituden minskar exponentiellt längs normalen. Den imaginära utbredningskonstanten ger bara de vågor som lämnar ytan. Följaktligen kan ytvågor inte existera om ytmotståndet är rent aktivt, och fortplantas utan strålning om det är rent reaktivt.

För att säkerställa axiell strålning är det nödvändigt att välja ytor där den reaktiva delen av ytmotståndet avsevärt överstiger den aktiva delen.

Tänk på några typer av antenner med ytvågor.

2. DELEKTRISKA STÅNTENNER

Det finns en strikt lösning [ 3] för vågor som utbreder sig längs en rund cylindrisk oändligt lång dielektrisk stav. Det följer av denna lösning att tvärgående elektriska och tvärgående magnetiska vågor kan fortplanta sig i staven, både symmetriska (H, ) och asymmetriska (INTE) relativt stavaxeln, mycket lik motsvarande vågor i en cirkulär vågledare, och asymmetriska elektriska och magnetiska vågor kan inte existera separat.

Symmetriska vågor avger inte strålning längs stavens axel och används därför inte i en dielektrisk antenn, där en våg behövs, vars fält har den dominerande riktningen för polarisationsplanet. En sådan våg är en asymmetrisk våg av H-typ. Baserat på en rigorös lösning kan följande slutsatser dras angående denna typ av våg:

Ris. I, 1. Elektromagnetiskt fält i en dielektrisk stav.

1) Strukturen av det elektromagnetiska fältet i staven liknar strukturen av fältet i tillförselvågledaren, förutom att vid den dielektriska-luftgränsen är fältets tangentiella komponenter kontinuerliga, d.v.s. fältet existerar utanför staven; energiöverföring sker både inuti och utanför staven. Ytströmmar på vågledarens väggar i den dielektriska staven ersätts av förskjutningsströmmar i luft, därför uppstår, förutom den tvärgående elektriska vågen som exciteras av vågledaren, också en tvärgående magnetisk våg (Fig. I, 1).

2) Förhållandet mellan krafterna som överförs inuti och utanför staven p/p och fashastigheten för utbredning längs den är funktioner av dess relativa radie / och dielektrisk konstant. Med en gradvis ökning av radien ökar kraften som överförs inuti stången, och för en given radie är den desto större, desto högre är dielektricitetskonstanten (Fig. 1.2); fashastigheten för utbredning minskar, närmar sig hastigheten i ett oändligt medium med stavens permittivitet (fig. 1.3). Till skillnad från symmetriska vågor har asymmetriska vågor ingen kritisk frekvens, dvs de kan existera vid låga frekvenser.

Ris. I,2. Beroende av förhållandet mellan vågkrafterna inuti och utanför den dielektriska staven på dess relativa radie / och permittivitet

Som redan nämnts används konformade stavar vanligtvis i dielektriska antenner. Stångens avsmalning är nödvändig för att öka strålningen från dess sidoyta och göra denna strålning ungefär lika lång längs stavens hela längd.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 /

Ris. 1.3. Beroendet av fashastigheten för utbredning i stången på dess

relativ radie /

I en cylindrisk stav gjord av ett idealiskt dielektrikum bör strålning från sidoytan vara helt frånvarande, i en riktig stav är den liten och. minskar mot sitt slut. På grund av den koniska formen utstrålas nästan all energi som bärs av vågen gradvis, så det finns nästan inga reflektioner och ett läge nära en resande våg etableras. Detta underlättas också av en gradvis ökning av fashastigheten, som vid änden av staven närmar sig hastigheten i fritt utrymme, d.v.s. stången överensstämmer med det fria utrymmet. Den dielektriska stavantennen tillhör de resande vågantennerna och har axiell strålning.

Det finns ingen strikt lösning för stavar med konisk form och ändlig längd. På grund av den lilla avsmalningen och läget för den resande vågen i varje sektion av stången, används ovanstående slutsatser när man löser det externa problemet.

Det yttre problemet löses genom att anta att antingen fälten på stavens yta [3] är kända, eller

fält i dess tvärsnitt. Den andra metoden är enklare, men kräver

ersättning av fält i dielektrikumet med ekvivalenta strömmar i enlighet med den så kallade "andra ekvivalensprincipen".

Maxwells ekvationer för området inuti den dielektriska staven kan skrivas som

ruttna H=i, (6)

ruttna E=-i,

där vi antar att det inte finns några externa strömmar, och dielektrikumet är idealiskt (= 0). Vi adderar och subtraherar värdet i på höger sida av den första ekvationen, då får vi

ruttna H=i()E+i. (7)

Värdet j= i()E (8)

kan betraktas som en likvärdig extern ström. Följaktligen kan den dielektriska stången ersättas av ett system av ekvivalenta strömmar (8) kontinuerligt fördelade i den volym som upptas av stången. Amplituden och fasfördelningen för den ekvivalenta strömmen sammanfaller med amplituden och fasfördelningen för den elektriska fältvektorn inuti stången.

Man kan föreställa sig en dielektrisk stav som ett linjärt system av skivavsändare som exciteras av rinnande vatten. Amplitudfördelningen av de ekvivalenta strömmarna i varje skiva sammanfaller ungefär med amplitudfördelningen av fälten i öppningen hos en rund eller rektangulär vågledare, beroende på den dielektriska stavens tvärsnittsform.

Antennens strålningsmönster är lika med produkten av skivans strålningsmönster och systemets strålningsmönster med en vandringsvåg:

Vi begränsar oss till att betrakta strålningsmönstren för en stavantenn med cirkulärt tvärsnitt. I plan E och H kompenseras strålningen av tvärpolarisationsfält ömsesidigt, det vill säga vi kan anta att varje skiva flyter runt av en ekvivalent ström i samma riktning, sammanfallande med stavaxelns riktning X(Fig. 1.1).

Elementära radiatorer i fallet med en dielektrisk antenn är inte Huygens-strålare, utan elementära ekvivalenta strömmar j. Därför skiljer sig skivornas riktningsmönster från riktningsmönstren för vågledaröppningen endast genom att ersätta de faktorer som kännetecknar Huygens-sändarens riktningsmönster med en faktor cos i det elektriska planet och med enhet i det magnetiska planet.

Genom att använda dessa substitutioner får vi strålningsmönstret för en dielektrisk stavantenn med ett cirkulärt tvärsnitt i planen E ochH:

F=cos(kasin) (10)

F()= (11)

där a och L är medelradien och längden på stången; J

Vågförkortningskoefficient i staven (för en långsam våg>1); = 1,841 - den första roten av derivatan av Bessel-funktionen av första ordningen; J - Bessel funktion och Lambda - första ordningens funktion;

När den normaliserande faktorn.

Antennens strålningsmönster är nästan detsamma i båda planen och bestäms främst av den sista faktorn, ju mer exakt, desto tunnare och längre spö. I enlighet med detta är den maximala Ph.D. d. antenn erhålls vid den optimala vågreduktionsfaktorn

Vid vilken Ph.D. d. är lika med D.

Med en förkortningsfaktor som skiljer sig från den optimala, D= 4A , (12)

var A = finns på diagram.

I högkvalitativa dielektrika (trolitol, polystyren, etc.) är förlusterna mycket små, antennens effektivitet är nära enhet, därför kan förstärkningen i beräkningar antas vara lika med k.s. d.

Stångens maximala diameter väljs från villkoret att våg H utbreder sig i vågledaren fylld med ett dielektrikum, vars kritiska längd i luft är = 3,41a, och vågor av högre typer inte exciteras, med början från våg E med en kritisk våglängd = 2,62a. Därför måste stavens maximala diameter uppfylla villkoret

< d < (13 )

Ph.D. e. välj stångdiametrarna enligt följande semi-empiriska formler:

Figur 1.4 visar de experimentella strålningsmönstren för en optimal dielektrisk antenn gjord av polystyren med enhetligt rektangulärt tvärsnitt med dimensioner på cirka λ/2 - λ/3 för tre olika längder: L/ λ = 3, 6, 9. I samma figur

de uppmätta värdena för riktningskoefficienten anges i decibel. Övervägande av ovanstående kurvor indikerar närvaron av stora sidolober i dielektriska antenner, såväl som frånvaron av nollor av strålning mellan loberna, vilket förklaras av dämpningen av vågen under utbredningen i den dielektriska staven, associerad med förlusten av energi för att värma dielektrikumet. Huvudlobens bredd och verkningsriktningen med en noggrannhet på 20% överensstämmer med formlerna ovan. Förutom koniska stavar med cirkulärt tvärsnitt, som redan nämnts ovan, används avsmalnande rektangulära stavar. Figur 1.5 visar en dielektrisk stavantenn med rektangulärt tvärsnitt, linjärt avsmalnande över mer än hälften av staven (stavlängd 6λ). Samma figur visar kurvan för förändringar i vågens fashastighet i olika sektioner av staven. Figur 1.6 visar det experimentellt uppmätta strålningsmönstret för denna antenn.

Fig.1.5 Fig.1.6

För att minska antennens dimensioner och designbekvämlighet, skär av hälften av stången längs axeln och placera den på en metallplåt. I det här fallet är den avskurna halvan av staven så att säga fylld på med en spegelbild. Det finns även kända försök att minska förlusterna i staven genom att använda dielektriska rör, men detta leder till en ökning av antennens storlek.

För att bilda strålningsmönster med en smal huvudlob används system med flera stavantenner. Av särskilt intresse är flerstavsantenner, där stavarna är gjorda av ferrit. Ferritradiatorer har ett antal fördelar jämfört med stavar gjorda av konventionella högkvalitativa dielektrika - trolitol, polystyren, etc.

Högfrekventa ferriter har låga förluster och hög dielektricitetskonstant (13). På grund av deras mycket lilla storlek (t. = 3 centimeter stavdiameter - ca 6 mm, längd ca 11 centimeter) radiatorerna matas genom att en av deras ändar sänks ner direkt i vågledaren eller kavitetsresonatorn. Detta gör att du kan skapa flerelements högriktade antenner av olika typer - resonant, icke-resonant och med matchade radiatorer.

Med hjälp av magnetiseringsanordningar, som kan förses med ferritstavar, är det möjligt att rotera polarisationsplanet och snabbt svänga strålen elektriskt enligt en given lag.

Rotera polarisationsplanet kan även utföras i en dielektrisk stavantenn, om en fassektion är placerad mellan excitern och den dielektriska staven

Fasningssektionens roll är att sönderdela vektorn för ett linjärt polariserat elektromagnetiskt fält i två ömsesidigt vinkelräta komponenter med lika amplitud som ligger i ett plan vinkelrätt mot vågens utbredningsriktning och skapar en fasförskjutning på 90 mellan dem.

Arbetet använder en fasningssektion (fig. 1.7), som är en fortsättning på den koniska antennstaven. Sektionen är en platt platta med en tjocklek på 4 mm, som å ena sidan smidigt förvandlas till en rund dielektrisk stav av antennen, och å andra sidan har en slät avfasning, vilket minskar reflektionerna av den spännande vågen H i rundan. vågledare.

Figur 1.7

För att erhålla vågor med cirkulär rotation av polarisationsplanet måste plattan roteras med 45 i förhållande till vektorn E i exciteringsvågen. I detta fall kan vektorn E för vågen H i en cirkulär vågledare representeras som bestående av två ortogonala komponenter, varav den ena är vinkelrät mot plattan, den andra E är parallell. Den dielektriska plattan saktar ner hastigheten på vågen med E jämfört med hastigheten på vågen med E. Längden på plattan ställs in så att fasskillnaden för dessa vågor vid utgången av fasningssektionen är 90. Om plattan roteras runt axeln med 90, så ändras rotationsriktningen för polarisationsplanet till motsatt.

RYSKA FEDERATIONENS UTBILDNINGSMINISTERIE

RYAZAN STATE RADIO ENGINEERING UNIVERSITY

AVDELNINGEN FÖR RADIOKONTROLL OCH KOMMUNIKATION

kursprojekt

inom disciplinen "Antenner och mikrovågsapparater"

Genomförd: student gr. 315 Klimtsov P.V.

Ledare: Art. lärare Rendakova V.Ya.

Ryazan 2006

Uppgift för ett kursprojekt

Introduktion

1. Teoretisk del (dielektrisk stavantenn)

2. Avräkningsdel

2.1 Beräkning av en enkel radiator

2.2 Beräkning av antennuppsättningen

2.3 Strukturanalys

Slutsats

Bibliografisk lista

INTRODUKTION

Antennmatarenheten, som ger strålning och mottagning, är en integrerad del av alla radiotekniska system.

För närvarande finns det ett brett utbud av olika antenner, i detta kursarbete krävs att man designar en dielektrisk antennuppsättning, som är sammansatt av dielektriska stavantenner.

1. TEORETISK DEL

Dielektriska stavantenner tillhör vandringsvågantenner med långsam fashastighet ().

Huvudelementen i stavdielektriska antenner är vågledare 1, klämma 2, dielektrisk stav 3 (fig. 1). Stavar av rektangulär och rund sektion används.

Tillsammans med stavarna används dielektriska rör.

Stängernas tvärsnitt smalnar som regel från hållaren till den fria änden, och rörens tvärsnitt förblir ofta konstant längs hela längden. Den koniska formen på stången beror på att antennen i detta fall överensstämmer bra med det fria utrymmet.

På grund av strukturella och tekniska fördelar är runda rör och stavar vanligare. Metallburens inre hålighet exciteras av en koaxial matare eller vågledare och är i själva verket ett segment av vågledaren, i sin tur exciterar buren en dielektrisk stav, som i huvudsak är en dielektrisk vågledare.

Dielektriska stavantenner används vid gränsen mellan centimeter- och decimeterintervallet.

Det är känt från teorin om dielektriska vågledare att både symmetriska och icke-symmetriska vågor kan fortplanta sig i dem. Symmetriska vågor, som regel, används inte i dielektriska stavantenner, eftersom. på grund av axiell symmetri strålar de inte ut längs stavens axel. Den mest gynnsamma för energiemission är vågtypen, konfigurationen av det elektriska fältet för denna typ av våg visas i fig. 2:

Med hjälp av en stav är det möjligt att bilda ett strålningsmönster (DN) med en bredd på minst 20-25 grader. Om den givna bredden på mönstret inte uppfyller kraven, används ett rutnät av dielektriska radiatorer, där de dielektriska stavantennerna är separata radiatorer.

Fördelen med dielektriska antenner är deras små tvärgående dimensioner och enkel design. Dielektriska antenner är vandringsvågsantenner, därför uppstår avsmalningen av strålningsmönstret hos sådana antenner på grund av en ökning i longitudinella snarare än tvärgående dimensioner. Denna funktion gör det möjligt att placera icke-utskjutande dielektriska antenner på den släta ytan av flygplanskroppar, vilket har en positiv effekt på aerodynamiska egenskaper.

Nackdelen är att det finns förluster i dielektrikumet, vilket begränsar strålningen av höga effekter.

2. BERÄKNINGSDEL

2.1 BERÄKNING AV EN ENDA EMITTER

Val av vågledare:

Arbetsvåglängden bestäms av formeln

där m/s är ljusets hastighet i vakuum, Hz är arbetsfrekvensen

En våg med denna frekvens kan fortplanta sig i en cirkulär vågledare av typen C-120 med en innerdiameter på 1,745 cm.

Dielektriskt val: En typisk nackdel med en dielektrisk antenn är förlusten i dielektrikumet, vilket orsakar en minskning av effektiviteten och uppkomsten av amplituddistorsion. Därför är det nödvändigt att använda ett dielektrikum med en liten förlusttangens vid arbetsfrekvensen, .

Polystyren uppfyller detta krav ( ).

Beräkning av medlemsgeometri:

Eftersom antennförstärkningen bestäms av referensvillkoren kommer den att bestämma de geometriska dimensionerna.

Per definition är antennförstärkningen lika med produkten av effektiviteten och LPC:

För att underlätta beräkningen antas effektiviteten vara 100 %, dvs.

Antennförstärkningens beroende av dess längd bestäms av följande förhållande:

där [tider].

centimeter

För att bestämma stavens diameter är det nödvändigt att hitta retardationskoefficienten - förhållandet mellan ljusets hastighet i vakuum och fashastigheten:

Av grafen i figur 2 följer att för en given retardationsfaktor, förhållandet d.v.s.

centimeter.

A-priory

där dmax är magnetiseringsdiametern. Var

Radiator DN beräkning:

Vid beräkning av antennmönstret antas det att vågen som reflekteras från änden av staven är försumbar, och vågen som utbreder sig längs staven är en våg med en långsam fashastighet som inte ändras längs stavens längd.

Uttrycket för DN har, med beaktande av vad som sagts, formen:

var är vinkeln mellan riktningen till observationspunkten och stavens axel,

lambda funktion.

Detta uttryck består av tre faktorer.

Första multiplikatorn karakteriserar effekten på RP av ett enstaka strömelement. Andra multiplikator - påverkan av stavens tvärgående storlek. Sista multiplikatorn beskriver inverkan av stångens längsgående dimension.

Faktor på MD i E-planet har inte en liten effekt på dess form. Denna multiplikator saknas i H-planet, därför är nivån av sidolober i AP något högre än i E-planet. när kan ignoreras.

Multiplikatorn har ett avgörande inflytande på DN. Eftersom strålningen från antennen är associerad med förlusten av energi i staven, bör man anta dämpningen av vågen, som kan uttryckas av den komplexa utbredningskoefficienten, där är faskoefficienten, är dämpningskoefficienten.

Dämpningskoefficienten, som kännetecknar minskningen av fältet längs stången på grund av dessa förluster, bestäms av uttrycket:

där R är dämpningsfaktorn beroende på vågtyp, och stavdiametern. Beroendet av dämpningsfaktorn för vågen H 11 på stavens relativa diameter visas i fig. 3.

Enligt grafen finner vi det för förhållandet och för R=0,65.

Då är dämpningskoefficienten lika med:

Faskoefficienten bestäms av förhållandet. .

var .

Eftersom , kan den imaginära delen av detta uttryck försummas.

Det slutliga uttrycket för DN är:

för plan E

;

för plan H

Strålningsmönstren (i det kartesiska koordinatsystemet) visas i fig. 4 (platt. E) och fig. 5 (platt. H).

DN i det polära koordinatsystemet:

Bredden på mönstret på nollnivån bestäms av relationen:

Strålbredden vid halv effekt ges av:

2.2 BERÄKNING AV ANTENNARRIGEN

Antennuppsättningen används när det krävs för att minska mönstret, öka förstärkningen och minska nivån på sidoloberna. Gitter DN kan representeras som en produkt , där är multiplikatorn för en enda sändare; är gitterfaktorn.

I detta kursarbete krävs det att man designar en antennuppsättning, som är en antennuppsättning, som schematiskt visas i Fig. 8:

Här är N 1 antalet element i en rad, N 2 är antalet element i en kolumn, d 1 är avståndet mellan elementen (sändare) i en rad, d 2 är avståndet mellan elementen i en kolumn.

Eftersom gallret enligt uppdraget är i fas bör avståndet mellan elementen väljas optimalt, eftersom om detta avstånd visar sig vara större, eftersom diffraktionslober börjar dyka upp.

DN i H-planet, enligt referensvillkoren, bör vara 4 gånger bredare än DN i E-planet. Detta problem skulle kunna lösas genom att arrangera elementen i proportionen 4N 1 \u003d N 2. Det totala antalet dock av utsändare, lika med N totalt \u003d N 1 N 2 \u003d 50, ges också och inför ytterligare begränsningar. För att hitta antalet sändare i rader och kolumner måste du lösa ekvationssystemet:

Efter att ha löst det kommer vi att få icke-heltalsvärden, därför kan förhållandet mellan RPs i olika plan observeras genom att ändra avståndet mellan sändarna i H-planet (avståndet mellan sändarna i E-planet är optimalt).

Med hänsyn till ovanstående accepteras N 1 =5, N 2 =10.

Det optimala avståndet mellan sändare bestäms av formeln:

Genom att ersätta värdena i det får vi:

centimeter.

Bredden på gittermönstret i E-planet bestäms av uttrycket

Följaktligen får vi för DN-bredden i E-planet:

Avståndet mellan emitterna i H-planet hittas från ekvationssystemet:

Uttrycker vi härifrån d 1 får vi:

centimeter.

Gitterfaktorn för common-mode strömförsörjning av element har formen:

Sedan för planet H kommer det att skrivas så här:

För plan E:

Som nämnts tidigare är RP för antennen produkten av RP för en radiator och RP för arraymultiplikatorn.

Följaktligen är antennmönstret i H-planet:

I plan E

Nivån av sidolober för en array med det optimala avståndet mellan sändare kännetecknas av följande förhållande:

För antalet sändare >10 bestäms direktivitetskoefficienten av formeln:

där D 1 är riktningsfaktorn för en sändare.

Förstärkningsfaktorn är per definition produkten av riktningsfaktorn och effektivitetsfaktorn:

Effektiviteten bestäms av följande uttryck:

Vinst med hänsyn till förluster i dielektrikumet:

2.3 STRUKTURBERÄKNING

Strömförsörjningskretsen för raden av sändare visas i fig. tio

En riktningskopplare fördelar energin som kommer från generatorn mellan emitterna i enlighet med det valda effektförhållandet, sedan, genom H - tees och mjuka övergångar från en rektangulär vågledare till en rund, går energin direkt till arrayelementen - dielektriska antenner . Genom att ansluta sändarna i en rad på detta sätt får vi en kolumn med 5 vågledare, vars strömförsörjningskrets visas i fig. elva.

Emittern är en dielektrisk stav insatt i en rund vågledare. En våg exciteras i en cirkulär vågledare med hjälp av en mjuk övergång från en rektangulär till en cirkulär vågledare. Vi väljer längden på övergången av en cirkulär vågledare till en vågledare fylld med en stavdielektrik. En ritning av sändaren visas i Fig. 12:

För en våglängd på 2,5 cm används en rektangulär vågledare av märket R120. Vågledarens mått , . För att det inte ska finnas någon reflektion från övergången rektangulär - rund vågledare måste dess längd inte vara mindre än våglängden. Utformningen av övergången visas i Fig.13.

SLUTSATS

I detta kursarbete designas en antennuppsättning av dielektriska stavantenner som uppfyller de parametrar som anges i referensvillkoren.

REFERENSER

1) Antenner och mikrovågsapparater. Strålkastardesign: Proc. ersättning för universitet / Ed. DI. Voskresensky - M .: Radio och kommunikation, 1994.

2) Antenner och mikrovågsapparater. Strålkastardesign: Proc. ersättning för universitet / Ed. DI. Voskresensky - M .: Sovjetisk radio, 1972.

3) Antennmatarenheter. Drabkin A.L. och andra - M .: Sovjetisk radio, 1974.

4) Sazonov D.M. Antenner och mikrovågsapparater: Proc. för radioteknik. specialist. universitet. - M .: Högre. skola, 1988.

5) Zhuk M.S., Molochkov Yu.B. Design av antennmatarenheter. - M .: Energi, 1966.

Räckvidd: 30Hz - 50MHz

Kontinuerlig drift upp till 30 timmar (utan uppladdning)

Lämplig för MIL-STD 461F

Individuell kalibrering

Beskrivning av aktiv obalanserad antenn EMCO 3301C

Antenn EMCO 3301Cär en aktiv obalanserad antenn för drift i frekvenser från 30 Hz till 50 GHz.

Antenn modell 3301C är en funktionell stavantenn tillverkad av ETS-Lindgren.

ETS-Lindgren-stavantennen är designad för att bestämma det elektriska fältet i ett band, över hela dess räckvidd.

Modell 3301C Active Antenna, till skillnad från Model 3303 Passive Antenna, har ingen bandväxlings- och justeringsmekanism.

3301C har 3dB roll-off-punkter vid 170Hz såväl som 30MHz.

I området från 250Hz till 20MHz är antennkoefficienten ojämn med +/- 1dB.

För att undvika mättnad av låga frekvenser av signaler är det möjligt att byta till 3dB av den lägsta punkten vid 170Hz, 1,9kHz, 22kHz.

EMCO 3301C-antennen mäter elektriska fält vid 1 MHz med en bandbredd på 1 kHz vid +7 dB.

Den medföljande mättnadsindikatorn signalerar behovet av att ansluta interna dämpare.

Mättnad vid spänning< 0,8В/м не возникает, что образует широчайший диапазон (динамический) до 141дБ.

3301C ETS-Lindgren stavantenn består av en stav, motvikt och strömförsörjning.

Modell 3301C-antennskaftet är justerbart i längd.

Den inbyggda bredbandsförstärkaren med hög impedans har en motvikt på 61 cm. x 61 cm.

3301C antennströmförsörjning används för att ladda batteriet (90-265V AC, 50/60Hz).

3301C-stavantennens kontroller och indikatorer på frontpanelen inkluderar: ström på/av-indikator, strömbrytare, laddarindikator och kontakt, signalmättnadsindikator och BNC-jordad utgångskontakt.

EMCO 3301C-antennen drivs av AA-batterier (nickel-metall-hybrid).

3301C Antennkonfiguration

Standardkonfiguration

Antenn 3301C

Stång justerbart element

Motvikt (61cm x 61cm)

Basplatta (UNC 1/4-20 invändig gänga)

Jordningssats och RF-kabel (MIL-STD 461F)

AA-batterier (Nickel-Metal-Hybrid) och AC/DC-adapter

Inbyggd förförstärkare och BNC-kontakt (hona)

Individuell kalibrering (ARP-958, SAE, ANSI C63.5)

Manual, kalibreringscertifikat

Ytterligare alternativ

Icke-reflekterande icke-metalliskt antennstativ ETS-Lindgren

Dedikerad 3301C antennväska

Kalibreringsenhet (3301CAL) för antennkoefficientkalibrering

Egenskaper för EMCO-3301C

Elektriska egenskaper

Frekvens minimum: 30 Hz

Frekvensmax: 50 MHz

Impedans: 50 Ohm

Kontakt: BNC-typ (hona)

Linjär polarisering

Rundstrålande diagram

Elektriska egenskaper

Antennbas: 19,05 cm/8,9 cm/19,05 cm (djup/höjd/bredd)

Antennstavens nedre intervall: 50,8 cm (höjd)

Övre räckvidd för antennstång: 104,1 cm (höjd)

3301C antennvikt: 1,4kg

Dielektriska stavantenner tillhör vandringsvågantenner med långsam fashastighet. De används vid gränsen mellan centimeter- och decimetervågbanden i frekvensbandet från 2 till 10 GHz.

På fig. 6 visar det mest typiska schemat för en dielektrisk stavantenn. Det är en dielektrisk stav 1 som exciteras av en rund vågledare 2 med en exciter 3 och en matare 4. Beroende på kraven på antennen kan tvärsnittet av staven, excitern och dess strömförsörjning variera. De vanligaste är cylindriska och koniska stavar.

Dielektrisk stavantenn: 1-dielektrisk stav; 2-spännande enhet; 3-patogen; 4-matare.

Ris. 6

Spiralantenner.

Spiralantenner tillhör klassen resande vågantenner. De är en metallspiral som matas av en koaxial linje. Det finns cylindriska, koniska och platta spiralformade antenner.

Exempel på praktisk användning av spiralantenner visas på bilden. Det första fotot visar en del av den sovjetiska rymdstationen "Venus" med en logaritmisk tvåvägs spiralantenn monterad på den, lindad från en platt metalltejp på en dielektrisk ram. Det andra fotot visar antennen till en markstation för rymdkommunikation, som är ett rutnät av fyra cylindriska spiralformade antenner.

Blixtskydd av Beverage antenn.

Det finns ingen mer blixtsäker antenn än Beverage-antennen. Dess duk är jordad på båda sidor, så att inte ens ett direkt blixtnedslag i den kommer att leda till operatörens nederlag och förstörelse av radioutrustning. Beverage-antennen är vanligtvis placerad under andra ledande föremål, vilket ger extra skydd mot blixtnedslag. Beverage-antennen ackumuleras inte statiskt, vilket är särskilt märkbart när du tar emot före ett åskväder; du kan arbeta på den även under ett åskväder utan rädsla för nederlag.

Eftersom Beverage-antennen effektivt tar emot vertikalt polariserade vågor (och blixten bara strålar ut dem), kan Beverage-antennen användas som en åskväderindikator. För att göra detta kan du ansluta en lysdiod till koaxialen som kommer från den. När ett åskväder närmar sig kommer det att börja lysa i takt med blixtnedslag. Att ansluta en sådan lysdiod till en annan antenn - en dipol eller ett stift - gör ofta att lysdioden misslyckas.

Litteratur: G.Z. Aizenberg, Kortvågsantenner, M .: Radio och kommunikation, 1985.

Dielektriska stavantenner är dielektriska stavar med cirkulärt eller rektangulärt tvärsnitt, exciterade av fältet H eller H i en rund eller rektangulär vågledare, i vilken en av ändarna av den dielektriska staven är införd. Stångens tvärsnitt görs vanligen något avsmalnande mot den motsatta änden; längden på staven är 3-5 våglängder. Det finns en strikt lösning [ 3] för vågor som utbreder sig längs en rund cylindrisk oändligt lång dielektrisk stav. Det följer av denna lösning att tvärgående elektriska och tvärgående magnetiska vågor kan fortplanta sig i staven, både symmetriska (H, ) och asymmetriska (INTE) relativt stavens axel, mycket lik motsvarande vågor i en cirkulär vågledare, och asymmetriska elektriska och magnetiska vågor kan inte existera separat.Symmetriska vågor avger inte strålning längs stavens axel och används därför inte i en dielektrisk antenn , där en våg behövs, vars fält har den övervägande riktningen för planpolarisationen. En sådan våg är en asymmetrisk våg av H-typ. Baserat på en rigorös lösning kan följande slutsatser dras angående denna typ av våg:

Ris. I,2. Beroende av förhållandet mellan vågkrafterna inuti och utanför den dielektriska staven på dess relativa radie / och permittivitet

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 /

Ris.1.3. Beroende av fashastigheten för utbredning i staven på dess relativa radie /

Det yttre problemet löses genom att anta att antingen fälten på stavens yta [З] eller fälten i dess tvärsnitt är kända. Den andra metoden är enklare, men kräver

ersättning av fält i dielektrikumet med ekvivalenta strömmar i enlighet med den så kallade "andra ekvivalensprincipen".

Maxwells ekvationer för området inuti den dielektriska staven kan skrivas som

ruttna H=i, (6) ruttna E=-i,

där vi antar att det inte finns några externa strömmar, och dielektrikumet är idealiskt (= 0). Vi adderar och subtraherar värdet i på höger sida av den första ekvationen, då får vi

ruttna H=i()E+i. (7)

Värdet j= i()E (8)

Antennens strålningsmönster är lika med produkten av skivans strålningsmönster och systemets strålningsmönster med en vandringsvåg:

Genom att använda dessa substitutioner får vi strålningsmönstret för en dielektrisk stavantenn med ett cirkulärt tvärsnitt i planen E och H:

F=cos(kasin) (10)

F()= (11)

där a och L är medelradien och längden på stången; J

När den normaliserande faktorn.

Vid vilken Ph.D. d. är lika med D.

Med en förkortningsfaktor som skiljer sig från den optimala, D= 4A , (12)

var A = finns på diagram.

Stångens maximala diameter väljs från villkoret att våg H utbreder sig i vågledaren fylld med ett dielektrikum, vars kritiska längd i luft är = 3,41a, och vågor av högre typer inte exciteras, med början från vågen E med en kritisk våglängd = 2,62a. Därför måste stavens maximala diameter uppfylla villkoret

< d< (13)

Minsta diameter kan hittas genom att först fastställa från kraven för antingen Ph.D. (I2), eller till bredden på strålningsmönstrets huvudlob, längden på stången L. Sedan kan du beräkna värdet på den optimala förkortningsfaktorn. Om vi antar att det motsvarar medeldiametern på staven d, hittar vi den senare från graferna, varefter vi beräknar och den minsta diametern på 20% överensstämmer med formlerna ovan. Förutom koniska stavar med cirkulärt tvärsnitt, som redan nämnts ovan, används avsmalnande rektangulära stavar. Figur 1.5 visar en dielektrisk stavantenn med rektangulärt tvärsnitt, linjärt avsmalnande över mer än hälften av staven (stavlängd 6λ). Samma figur visar kurvan för förändringar i vågens fashastighet i olika sektioner av staven. Figur 1.6 visar det experimentellt uppmätta strålningsmönstret för denna antenn.

Fig.1.5 Fig.1.6

Med hjälp av magnetiseringsanordningar, som kan förses med ferritstavar, är det möjligt att rotera polarisationsplanet och snabbt svänga strålen elektriskt enligt en given lag.