Материал: 736

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

где Rвх1, Xвх1

(5.5)

125

КНД электрического вибратора с плоским рефлектором зависит от kd и при kd = π 2 (d = λ/4) достигает своего максимального значения.

Входное сопротивление можно записать в виде

Zвх= Z11 – Zвн = (Rвх1 – Rвн) + i(Xвх1 – Xвн),

– соответственно активная и реактивная составляющие входного сопротивления одиночного вибратора; Rвн, Xвн – активная и реактивная составляющие вносимого сопротивления.

Система из активного и пассивного симметричных вибраторов

Процесс излучения такой антенной системы заключается в следующем. Под воздействием электромагнитного поля активного вибратора в пассивном наводится ток I2 и этот вибратор сам становится источником излучения. Поле в дальней зоне является результатом интерференции полей активного и пассивного вибраторов. Фаза тока в пассивном вибраторе, а следовательно и поле в дальней зоне, определяются соотношением между длинами вибраторов и расстоянием d между ними. Соответствующим подбором расстояния d и длин вибраторов можно создать систему активный – пассивный вибратор с преимущественным излучением в направлении оси системы.

Например, при d = λ/4, равенстве амплитуд токов активного и пассивного вибраторов и разности фаз между ними Ф1 – Ф2= π /2 все излучение направлено в сторону пассивного вибратора. При тех же условиях, но при разности фаз (Ф1 – Ф2= – π /2), излучение направлено в сторону активного вибратора. Таким образом, излучение всегда направлено в сторону вибратора с отстающей фазой. Пассивный вибратор с отстающей фазой называется директором, а с опережающей фазой – рефлектором.

Диаграмму направленности симметричного вибратора с пассивным линейным рефлектором или директором можно найти, применяя принцип перемножения диаграмм. Для ДН системы справедлива формула (5.1). Подста-

вив в формулы (2.29), (2.30)

N=2 и отсчитывая угол θ от оси системы в

сторону активного вибратора, для множителя направленности получим

fΣ (θ ) =

1 + me−i Ф × eikd cosθ

(5.6)

где m =

I&2

I&1

– отношение модулей токов пассивного и активного вибра-

торов;

Ф = (Ф2 –

Ф1) – разность фаз токов пассивного и активного вибраторов.

После элементарных преобразований из (5.6) найдём

fΣ (θ ) =

1 + m2 + 2mcos( Ф − kd cosθ )

(5.7)

Нормированная ДН системы активный – пассивный вибратор в главных

плоскостях

имеет вид

126

cos(kl sinθ ) - cos kl

(θ Е ) =

1 + m2 + 2m cos(DF - kd cosθ )

(1 - cos kl )cosθ

1 + m2 + 2m cos(DF - kd )

(θ H )=

1 + m2 + 2m cos(ΔΦ −

kd cosθ )

1 + m2 + 2m cos(ΔΦ − kd )

(5.8)

(5.9)

Модуль отношения токов т и разность фаз Ф определим из уравнения Кирхгофа, составленного для пассивного вибратора,

Uвх= I&2 Z22 + I&1Z12 =0,

(5.10)

в котором I&1 , I&2 – комплексные значения токов пассивного и активного вибраторов;

Z22 – собственное сопротивление (импеданс) пассивного вибратора;

Z12 – взаимное сопротивление, вносимое активным вибратором в пассивный.

Из уравнения (5.10) имеем							+ iX
	I&		Z	12		R		12
2					12
		= −			= −				,	(5.11)
	I&1		Z 22			R22 + i(X 22 + X H 2 )

где ХН2 – включаемое на входе пассивного вибратора реактивное сопротивление настройки, отнесенное к максимуму тока.

Откуда

m =

I&2

+ X 2

(5.12)

I&1

R222 + (X 22 + X H 2 )2

Ф = π + arctg

X12

− arctg

X 22

+ ХН 2

(5.13)

R12

R22

На рис. 5.2 приведены графики взаимного импеданса двух параллельных симметричных полуволновых вибраторов в зависимости от волнового расстояния между ними. Для нахождения собственных импедансов необходимо пользоваться графиками, приведенными на рис. 3.4. Из анализа графиков следует, что собственный импеданс Z22 определяется волновой длиной вибратора, причем возможно Х22 > 0 и Х22 < 0. Взаимный импеданс определяется распределением токов в вибраторах и расстоянием между ними. Множитель направленности системы через m и Φ является функцией собственного Z22 и взаимного Z12 импедансов. Чтобы в соответствие с (5.13) обеспечить излучение в одном направлении вдоль оси системы связанных полуволновых вибраторов, у рефлектора должно быть Х22 > 0 , а у директора Х22 < 0. По этой причине рефлектор должен быть несколько длиннее относительно настроенного резонансного вибратора, а директор короче. Минимальный уровень обратного излучения при d/λ = (0,15÷0,25) получается, если длина

рефлектора на (5÷10)% больше резонансной. Для системы активный вибратор – директор при d/λ = (0,10÷0,15) директор выбирается короче резонанс-

ного на (5÷10)%.

127

Рис. 5.2. Взаимный импеданс полуволновых вибраторов

Сопротивление излучения системы, отнесенное к максимуму тока в активном вибраторе, рассчитывается по формуле

R∑ С = R∑1 + m(R12 cos ΔΦ − X12 sin ΔΦ) ,

(5.14)

где R∑1 – собственное сопротивление излучения активного вибратора, отне-

сенное к максимуму тока; R12 – активная составляющая взаимного сопротивления вибраторов, отнесенная к максимуму тока.

Результирующий КНД системы вибраторов находится как

		(1 + m)2	R
D = D			∑1	,	(5.15)
D = D				,	(5.15)
С	0	R∑ С
		R∑ С

где D0 – КНД одиночного вибратора, определяемый по формуле (3.12).

Максимальное значение КНД не превышает пяти. Для его увеличения к активному вибратору добавляют рефлектор и несколько директоров, т.е. переходят к директорным антеннам, которые рассматриваются в 5.2.

Входное сопротивление активного вибратора в системе может быть записано в виде

Z	вх	= R + iX	вх	= Z	11	+ mZ	21	еi Ф ,	(5.16)
	вх	вх	вх		11		21

где Z11 – собственное сопротивление активного вибратора;

128

Z21 – взаимное сопротивление, вносимое пассивным вибратором в активный.

После преобразования выражения (5.16) получим

Rвх =R11 + m(R21cos	Ф – X21sin	Ф),	(5.17)
Xвх =X11 + m(X21cos	Ф + R21sin	Ф).	(5.18)

Следует отметить, что расчет укорочения вибраторов при настройке в системе проводится с учетом взаимного сопротивления.

Система из двух активных симметричных вибраторов

Пусть оба вибратора являются активными, соединены с фидером и токи, питающие их, связаны между собой соотношением

I&2 / I&1 = m exp(iΔΦ) ,	(5.19)
где m – отношение амплитуд токов;
Ф = (Ф2 – Ф1) – сдвиг по фазе тока I2	относительно тока I1 .

Тогда нормированные амплитудные ДН такой двухвибраторной системы

также будут рассчитываться по формулам (5.8) и (5.9), а КНД по						формуле
(5.15), только сопротивление излучения находится по формуле
R	= R	+ m2 R	+ 2mR	12	cos ΔΦ ,	(5.20)
∑ С	∑1	∑ 2		12

где RΣ1 и RΣ 2 – собственные активные сопротивления излучения вибраторов, отнесенные к максимумам токов.

5.2. Директорные антенны

Директорные антенны или антенны типа «волновой канал» представляют собой дискретную систему расположенных в одной плоскости параллельных симметричных вибраторов, размеры которых близки к полуволновым. В диапазоне 100...1000 Мгц выполняются из жестких трубок, а на более высоких частотах по печатной технологии. Один из вибраторов, обычно петлеобразный, подсоединяется к фидерной линии и является активным, а другие – пассивными. Пассивный вибратор, располагаемый позади активного, играет роль рефлектора, а остальные, располагаемые впереди активного, называются директорами (рис. 5.3). Центры вибраторов можно крепить непосредственно к металлическому стержню, который не возбуждается из-за того, что силовые линии электрического поля перпендикулярны ему. Для защиты входных цепей приемников от грозовых разрядов стержень заземляется.

129

Рис.5.3. Директорные антенны

Принцип работы антенны заключается в следующем. Электромагнитное поле, излучаемое активным вибратором, направляется рефлектором и первым директором в сторону остальных директоров, которые при определенных условиях посредством электромагнитной связи возбуждаются, образуя своеобразный волновой канал. Естественно, более удаленные директоры возбуждаются слабее. Вдоль антенны распространяется бегущая волна с замедленной фазовой скоростью и коэффициентом замедления ξ > 1. Поэтому максимум излучения совпадает с осевым направлением. Замедляющая структура образуется системой директоров. Размеры вибраторов: активного 2l λ / 2 , рефлектора 2l > λ / 2 , директоров 2l < λ / 2 . Размеры пассивных вибраторов и их положения должны быть подобраны такими, чтобы обеспечить вдоль решетки вибраторов бегущую волну в режиме осевого излучения. Поляризация поля излучения линейная. Плоскость поляризации совпадает с плоскостью, в которой лежат вибраторы.

По своим свойствам директорные антенны относятся к антеннам бегущей волны. Они просты по конструкции и удобны в эксплуатации, поэтому нашли широкое применение в качестве приемных телевизионных антенн коллективного пользования в метровом и дециметровом диапазонах длин волн. Решётки таких антенн применяются в радиолокационных системах. В сантиметровом диапазоне длин волн они используются в качестве элементов ФАР. КНД одноканальных директорных антенн не превышает двадцати.

Диаграмму направленности можно рассчитать по приближенной методике, считая, что:

∙длины всех вибраторов одинаковы;

∙амплитуды токов во всех вибраторах одинаковы и равны амплитуде тока в активном вибраторе;

∙фаза тока от вибратора к вибратору меняется по линейному закону;

∙расстояния между вибраторами одинаковы и равны среднему значению dср = L(N − 1), где L – физическая (геометрическая) длина антенны, N

–число вибраторов.

Источник: https://studfile.net/preview/16438500/

Смотрите также:



_1966(~1
_Антонян Ю.М., Сексуальные преступления. Чикатило и другие
_РГР № 1 (2)
- Габариты и масса 27
'Образ–Я' и его развитие средствами диалога
"Их невинная наложница "
"Логистическая технология JIT"
"Особенности правовой системы Российской Федерации" по дисциплине "Теория государства и права"