[0001] Vynález sa týka zariadení s anténnym napájačom, menovite antén s ultrakrátkymi rádiovými vlnami a mikrovlnných antén na vysielanie horizontálne polarizovaných vĺn s kruhovým vzorom žiarenia v horizontálnej rovine. Technickým výsledkom dosiahnutým realizáciou navrhovaného vynálezu je rozšírenie prevádzkového frekvenčného rozsahu štrbinovej valcovej antény, čím sa anténe vybaví zariadeniami na prispôsobenie sa napájaču, ktoré nie sú kritické pre veľkosť pri ladení antény na prevádzkovú rezonančná frekvencia. Štrbinová valcová anténa obsahuje vodivé valcové teleso s pozdĺžnou štrbinou s prvým a druhým okrajom a napájač, ktorý navyše obsahuje prvú vodivú svorku, druhú vodivú svorku a zodpovedajúcu káblovú časť, pričom prvá svorka je umiestnená tak, aby vytvorila galvanický kontakt na prvej hrane štrbiny je umiestnená druhá svorka s vytvorením galvanického kontaktu na druhej hrane štrbiny, podávač na povrchu valca je položený pozdĺž priamky diametrálne opačnej k pozdĺžnej osi štrbiny , s ohybom v blízkosti miesta budenia štrbiny, položenej cez prvú svorku s vonkajším vodičom napájača tvoriacim galvanický kontakt s prvou svorkou, cez druhú svorku je položený zodpovedajúci úsek kábla, stredový vodič napájača je galvanicky spojený so stredovým vodičom zodpovedajúcej káblovej časti. 1 plat f-ly, 6 chorých.
Výkresy pre RF patent 2574172
Oblasť techniky, ktorej sa vynález týka
[0001] Vynález sa týka zariadení s anténnym napájačom, menovite antén s ultrakrátkymi rádiovými vlnami a mikrovlnných antén na vysielanie horizontálne polarizovaných vĺn s kruhovým vzorom žiarenia v horizontálnej rovine.
Súčasný stav techniky
Štrbinová anténa bola prvýkrát navrhnutá v roku 1938 Alanom D. Blumleinom na použitie v televíznom vysielaní v rozsahu ultrakrátkych vĺn s horizontálnou polarizáciou a kruhovým vyžarovacím diagramom (RP) v horizontálnej rovine [britský patent č. 515684. HF elektrické vodiče. Alan Blumlein, nakl. 1938. US patent č. 2 238 770 vysokofrekvenčný elektrický vodič alebo žiarič]. Anténa je rúrka s pozdĺžnou štrbinou. Jednoduchosť dizajnu, absencia vyčnievajúcej časti nad hladinou, v ktorej je vyrezaná štrbina, pritiahla pozornosť špecialistov navrhujúcich rádiové systémy pre ponorky. Slotové antény nenarúšajú aerodynamiku objektov, na ktorých sú inštalované, čo predurčilo ich široké použitie na lietadlách, raketách a iných pohyblivých objektoch. Takéto antény so štrbinami vyrezanými do stien vlnovodov pravouhlého, kruhového alebo iného tvaru prierezu sa široko používajú ako vzdušné a pozemné antény pre radarové a rádionavigačné systémy.
Je teda známa prvá štrbinová valcová anténa A.D. Blumlein na vyžarovanie horizontálne polarizovaných vĺn vysokých frekvencií, obsahujúci vodivý valec s pozdĺžnou štrbinou, zariadenia na budenie štrbiny na jednom konci valca a skrat na druhom konci valca, zariadenie na nastavenie šírky valca. štrbina. Vodivý valec má dĺžku rovnajúcu sa polovici vlnovej dĺžky vo voľnom priestore.
Nevýhody známej prvej štrbinovej antény sú tieto:
Anténa neobsahuje zariadenia na ladenie antény na rezonančnú frekvenciu,
Anténa má dĺžku rovnajúcu sa polovici vlnovej dĺžky vo voľnom priestore, čo sťažuje dosiahnutie prijateľného výkonu antény z hľadiska smerových vlastností a prispôsobenia antény k napájaniu.
Druhá valcová štrbinová anténa je známa tým, že vysiela horizontálne polarizované vysokofrekvenčné vlny, obsahuje vodivý valec s pozdĺžnou štrbinou, napájač, skrat na jednom konci štrbiny a zariadenia na budenie antény na druhom konci štrbiny. uvedený valec má priemer medzi 0,151 a 0,121, kde 1 - vlnová dĺžka vo voľnom priestore pri pracovnej frekvencii. Uvedený valec má dĺžku blízku deviatim desatinám štvrtiny dĺžky stojatej vlny vytvorenej pozdĺž štrbinovej línie na valci (vlnová dĺžka v štrbinovej línii na valci je niekoľkonásobne väčšia ako vlnová dĺžka vo voľnom priestore) .
Keď je valec vertikálne orientovaný, anténa má takmer kruhový vyžarovací diagram s horizontálnou polarizáciou vyžarovacieho poľa a má vysoký smerový koeficient (DA). Anténa je kompaktná, vhodná na inštaláciu na strechy vysokých budov, jej hladké obrysy povrchu zabraňujú hromadeniu vlhkého snehu a tvorbe ľadu. Anténa má vďaka svojmu kruhovému valcovému tvaru relatívne nízke zaťaženie vetrom.
Známa druhá anténa prekonáva nevýhody prvej známej antény v dôsledku jej veľkosti polovice vlnovej dĺžky vo voľnom priestore. Všesmerová štrbinová anténa Andrewa Alforda, vytvorená v roku 1946 a inštalovaná na Chrysler Skyscraper v New Yorku, bola použitá pre prvé farebné televízne vysielanie.
Avšak známa druhá štrbinová valcová anténa má nasledujúce nevýhody:
anténa má veľkú pozdĺžnu veľkosť z hľadiska vlnových dĺžok vo voľnom priestore, čo sťažuje jej použitie ako vyžarujúci prvok anténneho poľa, ktoré tvorí vyžarovací diagram špeciálneho typu v rovine vektora H;
anténa nemá zariadenia na prispôsobenie sa podávaču.
Je známa tretia štrbinová valcová anténa vysielajúca horizontálne polarizované vlny vysokých frekvencií, obsahujúca vodivý valec s pozdĺžnou štrbinou, skratovaný na oboch koncoch valca, budený koaxiálnym káblom, ktorého vonkajší vodič je galvanicky spojený s prvý okraj štrbiny a stredový vodič je galvanicky spojený s druhým okrajom štrbiny.
Známa tretia štrbinová valcová anténa má nevýhody:
Vplyvom asymetrického budenia antény dochádza k vybudeniu vlny, ktorá sa šíri vo vedení tvorenom vonkajším vodičom koaxiálneho kábla a valcom, v dôsledku čoho je pozorované citeľné vyžarovanie kábla (efekt napájača antény), jeho charakteristiky výrazne závisia od vonkajších prevádzkových faktorov;
Neexistujú žiadne zariadenia na zosúladenie antény s podávačom (na naladenie antény na rezonanciu na prevádzkovej frekvencii),
Známa tretia štrbinová valcová anténa má úzky rozsah pracovných frekvencií nepresahujúcich 1 % na úrovni SWR v silovom vedení.
Tretia známa štrbinová valcová anténa, napájaná koaxiálnym káblom, je svojimi podstatnými znakmi najbližšie k tomuto vynálezu. Túto anténu vybrali autori ako prototyp.
Opis vynálezu
Technickým cieľom tohto vynálezu je rozšíriť rozsah prevádzkovej frekvencie štrbinovej valcovej antény, poskytnúť anténe zariadenia na prispôsobenie sa napájaču, ktoré nie sú rozmerovo kritické pri ladení antény na prevádzkovú (rezonančnú) frekvenciu.
Táto úloha je splnená tým, že štrbinová valcová anténa obsahujúca vodivú valcovú skriňu (ďalej len puzdro) s pozdĺžnou štrbinou s prvým a druhým okrajom a podávačom, navyše obsahuje prvú vodivú svorku, druhú vodivú svorku ( ďalej označovaná ako prvá svorka, druhá svorka) a zodpovedajúci kus kábla, pričom prvá svorka je umiestnená tak, aby vytvorila galvanický kontakt na prvom okraji štrbiny, druhá svorka je umiestnená tak, aby vytvorila galvanický kontakt na druhom okrajom štrbiny je podávač na povrchu valca položený pozdĺž priamky diametrálne protiľahlej k pozdĺžnej osi štrbiny, s ohybom v blízkosti štrbiny budiaceho bodu, položený cez prvú svorku s vytvorením galvanický kontakt vonkajšieho vodiča napájača s prvou svorkou, cez druhú svorku sa pretiahne zodpovedajúci káblový úsek, stredný vodič napájača je galvanicky spojený so stredným vodičom zodpovedajúceho káblového úseku.
Zavedenie prvej vodivej svorky, druhej vodivej svorky a zodpovedajúcej časti kábla do antény, ich vzájomná poloha a pripojenie v anténe, ako je uvedené vyššie, riešia nasledujúce problémy:
Vytvorte anténu, ktorá vďaka symetrickému energetickému systému poskytuje symetrický diagram žiarenia v rovine vektora H, bez rozdvojenia diagramu a bez odchýlky maxima diagramu žiarenia od roviny kolmej na os valca;
Vytvorte anténu, ktorá poskytuje kruhový vyžarovací diagram vo vektorovej rovine vzhľadom na skutočnosť, že priemer valca je oveľa menší ako vlnová dĺžka;
Na vytvorenie antény, ktorá poskytuje stabilné vyžarovacie charakteristiky pri použití úzkych štrbín s nízkou vlnovou impedanciou a širokých štrbín s vysokou vlnovou impedanciou;
Vytvorte anténu, ktorá poskytuje kompenzáciu reaktívnej zložky vstupnej impedancie antény v širokom frekvenčnom rozsahu;
Vytvorte anténu, ktorej odpor žiarenia sa mení v malom rozsahu v širokom frekvenčnom rozsahu;
Vytvorte anténu, ktorá poskytuje nízke SWR v napájacom vedení prispôsobením vstupnej impedancie antény s charakteristickou impedanciou napájača v širokom frekvenčnom pásme;
Znížte úroveň výkonu vracajúceho sa do vysielača, keď anténa vysiela, prispôsobením antény napájača;
Znížte úroveň skreslenia spektra signálu vysielaného (prijímaného) anténou v dôsledku rovnomernej amplitúdovo-fázovej charakteristiky antény vo frekvenčnom rozsahu;
Zvýšte odolnosť antény proti vysokofrekvenčnému prierazu znížením intenzity poľa v vysokofrekvenčnom konektore v dôsledku zníženia SWR v napájacom vedení, keď anténa pracuje vo vysielacom režime;
Poskytnite anténe prispôsobovacie zariadenie zmenou reaktancie prispôsobovacieho zariadenia a tým rozšírte prevádzkové frekvenčné pásmo antény;
Poskytnite jednoduchý spôsob ladenia antény v koordinácii s podávačom vo frekvenčnom rozsahu;
Zabezpečte maximálny prenos výkonu prispôsobením charakteristickej impedancie podávača;
Zvýšte potenciálnu úroveň výkonu vo vopred zvolenom podávači znížením SWR v ňom;
Minimalizujte straty v podávači a v dôsledku toho znížte zahrievanie podávača pri prenose energie cez neho;
Minimalizujte vyžarovanie (príjem) elektromagnetických vĺn podávačom (vonkajšia strana vonkajšieho vodiča koaxiálneho kábla);
Vytvorte štrbinovú anténu, ktorú možno použiť ako nezávislú anténu, ako aj ako prvok anténneho poľa;
Vytvorte anténu vhodnú na montáž na potrubie alebo pás mrežovej veže.
Anténa je kompaktná, keď je valec orientovaný vertikálne, vyžaruje horizontálne polarizované vlny. Môže slúžiť ako vyžarovací prvok anténneho poľa. Anténne pole štrbinových žiaričov je možné inštalovať ako priamo na zemský povrch, tak aj na strechy vysokých budov. Hladké obrysy povrchu antény zabraňujú hromadeniu mokrého snehu a tvorbe ľadu. Anténa má vďaka svojmu kruhovému valcovému tvaru relatívne nízke zaťaženie vetrom.
Začlenením dielektrického krytu do antény je vyriešený problém ochrany štrbinovej valcovej antény podľa tohto vynálezu pred vplyvom vonkajších prevádzkových faktorov.
Riešenie vyššie uvedených problémov naznačuje, že bola vytvorená nová štrbinová valcová anténa, ktorá poskytuje výkonové charakteristiky v širokom frekvenčnom rozsahu.
Riešenie prvého z týchto problémov bolo dosiahnuté ako výsledok skutočnosti, že navrhovaná štrbinová valcová anténa je vybudená symetricky vzhľadom na stred štrbiny.
Pracovný frekvenčný rozsah navrhovanej antény na strane kratších vĺn je obmedzený zmenami tvaru vyžarovacieho diagramu (DP). Použite štrbiny takej dĺžky, aby mal obrazec len jedno maximum, orientované kolmo na os antény. Zníženie vlnovej dĺžky pri konštantných rozmeroch štrbiny môže viesť k objaveniu sa dvoch maxím odchýlených od osi antény.
Nárast vlnovej dĺžky je limitovaný znížením smerového koeficientu (DA). Ukazuje sa ako významné, ak je priemer valca menší ako 0,12 vlnovej dĺžky vo voľnom priestore.
Navrhovanú anténu je možné naladiť v uvedenom frekvenčnom rozsahu.
Riešenie problému vytvorenia kruhového vyžarovacieho diagramu vo vektorovej rovine sa získa vďaka skutočnosti, že priemer valca je oveľa menší ako vlnová dĺžka vo voľnom priestore.
Riešenie tretieho problému, konkrétne poskytnutie širokého rozsahu pracovných frekvencií s úzkymi aj širokými štrbinami, sa získalo kompenzáciou jalovej zložky vstupnej impedancie antény.
Riešenie problému poskytnutia jednoduchého spôsobu kompenzácie jalovej zložky vstupnej impedancie antény vo frekvenčnom rozsahu sa dosiahne použitím dvoch sériovo zapojených kondenzátorov na kompenzáciu.
Riešenie problému: minimalizovať emisiu (príjem) elektromagnetických vĺn podávačom - získa sa racionálnym umiestnením podávača na povrch valca, zavedením prvej vodivej svorky do antény, ktorá zabezpečí galvanický kontakt vonkajšieho vodiča s najprv upnite po celom svojom obvode na výstupe zo svorky.
Stručný popis výkresov
Na obr. la) znázorňuje štrbinovú valcovú anténu 1 podľa tohto vynálezu. Na obr. 1b) znázorňuje pohľad spredu na štrbinovú valcovú anténu, obr. 1c) znázorňuje pohľad zhora na štrbinovú valcovú anténu. Na obr. 1b) a obr. 1c) bol zavedený tento zápis:
1 - štrbinová valcová anténa,
2 - valcové telo,
4 - prvý okraj štrbiny,
5 - druhý okraj štrbiny,
7 - prvá svorka,
8 - druhá svorka,
9 - zodpovedajúci valec,
10 - zodpovedajúca časť kábla,
11 - ohýbanie podávača (pri odbočení zo zvislej časti do vodorovnej časti umiestnenej v blízkosti miesta budenia štrbiny),
A - oblasť budenia medzery.
Na obr. 2a) znázorňuje oblasť A excitácie medzery. Na obr. 2b) je znázornené spojenie vonkajšieho vodiča napájača s prvou svorkou a prvým okrajom štrbiny, zariadenia na prispôsobenie vstupnej impedancie antény a jeho spojenie s druhým okrajom štrbiny. Na obr. 2c) znázorňuje v reze spojenie vonkajšieho vodiča podávača s druhou svorkou a druhým okrajom štrbiny, zodpovedajúceho valca a zodpovedajúceho káblového úseku. Na obr. 2b) a obr. 2c) dodatočne sa zavádzajú tieto označenia:
12 - centrálny vodič zodpovedajúcej káblovej časti,
13 - centrálny vodič napájača,
14 - vonkajší vodič podávača.
Na obr. 3 znázorňuje ekvivalentný obvod antény; na obr. Boli zavedené 3 nové označenia:
15 - kapacita kondenzátora tvoreného vnútorným povrchom prispôsobeného valca 9 a vonkajším povrchom vonkajšieho vodiča prispôsobeného káblového úseku 10,
16 - kapacita kondenzátora tvorená vnútorným povrchom vonkajšieho vodiča a stredovým vodičom zodpovedajúcej časti kábla 10,
17 - indukčnosť v dôsledku toku prúdov pozdĺž vnútorného a vonkajšieho povrchu potrubia od prvého okraja k druhému okraju štrbiny (pri absencii kondenzátorov 15 a 16),
18 - skutočná časť vstupnej impedancie antény (pred pripojením kondenzátorov 15 a 16),
19 - podmienená svorka zodpovedajúca bodu galvanického kontaktu vonkajšieho vodiča napájača cez prvú vodivú svorku s okrajom 4,
20 - podmienená svorka zodpovedajúca bodu na vstupe centrálneho vodiča zodpovedajúcej káblovej časti,
21 - bod galvanického kontaktu lícovacieho valca cez vodivú svorku 2 s okrajom 5 štrbiny 3.
Na obr. Obrázok 4 ukazuje experimentálne závislosti reálnych a imaginárnych častí vstupného odporu a SWR od frekvencie prvej a druhej vzorky štrbinovej valcovej antény; na obr. 4 zavedený zápis:
221 - frekvenčná závislosť reálnej časti vstupnej impedancie prvej vzorky so zodpovedajúcim úsekom kábla dĺžky 10,5 mm,
222 - závislosť od frekvencie imaginárnej časti vstupného odporu prvej vzorky so zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 10,5 mm,
223 - závislosť od frekvencie SWR antény prvej vzorky so zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 10,5 mm,
231 - závislosť od frekvencie skutočnej časti vstupného odporu druhej vzorky s prispôsobeným valcom dlhým 11,5 mm a zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 20,5 mm,
232 - závislosť od frekvencie imaginárnej časti vstupného odporu druhej vzorky so zodpovedajúcim valcom dlhým 11,5 mm a zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 20,5 mm,
233 - frekvenčná závislosť SWR antény druhej vzorky druhej vzorky so zodpovedajúcim valcom s dĺžkou 11,5 mm a zodpovedajúcim segmentom kábla s dĺžkou 20,5 mm,
241 - závislosť od frekvencie skutočnej časti vstupného odporu druhej vzorky s prispôsobeným valcom dlhým 7 mm a prispôsobeným úsekom kábla s dĺžkou 24 mm,
242 - závislosť od frekvencie imaginárnej časti vstupného odporu druhej vzorky s prispôsobeným valcom dlhým 7 mm a zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 24 mm,
243 - frekvenčná závislosť SWR antény druhej vzorky so zodpovedajúcim valcom dlhým 7 mm a zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 24 mm,
251 - frekvenčná závislosť reálnej časti vstupného odporu druhej vzorky s prispôsobeným valcom dlhým 5 mm a prispôsobeným úsekom kábla s dĺžkou 30 mm,
252 - závislosť od frekvencie imaginárnej časti vstupného odporu druhej vzorky so zodpovedajúcim valcom dlhým 5 mm a zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 30 mm,
253 - frekvenčná závislosť SWR antény druhej vzorky so zodpovedajúcim valcom s dĺžkou 5 mm a zodpovedajúcim úsekom kábla s dĺžkou 30 mm,
Na obr. Obrázok 5 znázorňuje príklady rozloženia intenzity elektrického poľa pozdĺž prenosového vedenia 26, čo je pozdĺžna štrbina na valci, a pozdĺž dvojvodičového vedenia používaného na budenie uvedeného prenosového vedenia: a) frekvencia generátora je menšia ako kritická frekvencia hlavnej vlny štrbinového vedenia na kruhovom valci, b) frekvencia generátora približne rovná kritickej frekvencii hlavnej vlny štrbinového vedenia na kruhovom valci, c) frekvencia generátora je väčšia ako kritická frekvencia hlavnej vlny štrbinovej linky na kruhovom valci.
Na obr. 5 sa zavádzajú tieto zápisy:
27 - koncentrovaný zdroj napätia,
28 - dvojvodičové prenosové vedenie,
29 - vektory intenzity elektrického poľa.
Na obr. Obrázok 6 znázorňuje štruktúru elektrického poľa v určitom časovom okamihu vo vnútorných a vonkajších oblastiach štrbinovej valcovej antény v reze kolmom na os antény. Na obr. 6 sa zavádzajú tieto označenia: 30 - siločiary elektrického poľa.
Na obr. 7 znázorňuje príklad použitia štrbinovej valcovej antény podľa tohto vynálezu ako prvku anténneho poľa.
Uskutočnenie vynálezu
S odkazom na obr. lb, ktorý znázorňuje štrbinovú anténu 1 podľa tohto vynálezu. Anténa je vyrobená vo forme valcového telesa 2 so štrbinou 3 s prvým okrajom 4 a druhým okrajom 5, podávačom 6, prvou vodivou svorkou 7, druhou vodivou svorkou 8, zodpovedajúcim valcom 9, zodpovedajúcim časť kábla 10 a upevňovacích prvkov.
Valcové teleso 2 je vyrobené z vodivého materiálu, ako je napríklad mosadz, hliníková zliatina, oceľ alebo iný kov, alebo kovová zliatina s dobrou vodivosťou. Valcové teleso s 2 v priereze má tvar kruhu. Prierez telesa môže mať tvar štvorca, obdĺžnika, elipsy alebo iného zakriveného profilu.
Štrbina 3 je vytvorená vo valcovom telese 2 do celej hĺbky steny telesa frézovaním, rezaním laserom alebo inou mechanickou operáciou, aby sa vytvoril prvý okraj 4 a druhý okraj 5, rovnobežné s pozdĺžnou osou valcového telesa.
Ako napájač 6 možno použiť sériový koaxiálny kábel. Kvôli prehľadnosti je zodpovedajúci valec 9 znázornený ako segment kruhového valca.
Pre jasnosť je zodpovedajúca časť kábla 10 znázornená ako krátka časť koaxiálneho vedenia. Prispôsobovacia časť kábla 10 je čiastočne umiestnená vo vnútri prispôsobovacieho valca 9 a čiastočne vonku 9.
Zodpovedajúci valec 9, svorky 7 a 8 sú vyrobené z vysoko vodivého materiálu, napríklad z mosadze alebo hliníkovej zliatiny. Na zabezpečenie spájkovania sú potiahnuté napríklad zliatinou cínu a bizmutu.
Koniec zodpovedajúcej káblovej časti 10 oproti štrbine je otvorený a nie je s ničím spojený. Centrálny vodič 11 prispôsobovacej časti kábla 10 vychádza z prispôsobovacieho valca 9 a siaha do stredu štrbiny 3.
Vyššie uvedené zariadenia a časti sú vzájomne umiestnené voči sebe a sú navzájom spojené nasledovne.
Prvá svorka 7 je upevnená tak, aby vytvorila galvanický kontakt na prvom okraji 4 štrbiny, druhá svorka 8 je pripevnená tak, aby vytvorila galvanický kontakt na druhej hrane 5 štrbiny, podávač 6 na povrchu valca 2 je upevnený pozdĺž priamky diametrálne protiľahlej k pozdĺžnej osi štrbiny, s ohybom 13 v blízkosti bodu budenia štrbiny, potom preložený cez prvú svorku 7 s vytvorením galvanického kontaktu s vonkajším vodičom 14 štrbiny. napájača s prvou svorkou 7, prispôsobovací úsek kábla 10 je položený vo vnútri prispôsobovacieho valca, ktorý je prekrytý druhou svorkou, stredový vodič 12 napájača je galvanicky spojený s centrálnym vodičom 11 prispôsobovacieho káblového úseku .
Druhý koniec podávača 6 je inštalovaný v vysokofrekvenčnom konektore. V tomto prípade sa ako zodpovedajúci úsek kábla 10 použije buď úsek štandardného koaxiálneho kábla alebo úsek špeciálneho prenosového vedenia, pozostávajúci z vonkajšieho vodiča vo forme rúrky, centrálneho vodiča vo forme tyč alebo rúrku a medzi nimi umiestnený dutý dielektrický valec.
Na upevnenie podávača 6 na valcové teleso 2 možno použiť štandardizované svorky, skrutky a matice.
Princíp činnosti antény
Anténa funguje nasledovne. Elektromagnetické oscilácie v anténe sú vybudené v dôsledku aplikácie rozdielu potenciálov v dvoch bodoch 19 a 20, oproti sebe na prvej 4 a druhej 5 hrane štrbiny 3. Aby bolo možné efektívne vybudiť anténu, priemer potrubie 2 musí byť zvolené tak, aby frekvencia generátora bola vyššia ako kritická frekvencia hlavnej vlny H 00 štrbinového vedenia na valcovom vlnovode. Na ilustráciu tohto bodu boli uvažované tri situácie uvedené na obr. 1 (s použitím rigorózneho riešenia problému okrajovej hodnoty elektrodynamiky) pomocou modelového problému. 5.
Na obr. 5 znázorňuje štrbinové vedenie na kruhovom vlnovode, zapojené do série s dvojvodičovým vedením, na konci ktorého je pripojený generátor napätia. Na obr. Obrázok 5 ukazuje príklady rozloženia intenzity elektrického poľa pozdĺž prenosového vedenia pre nasledujúce prípady: a) frekvencia generátora je menšia ako kritická frekvencia hlavnej vlny štrbinového vedenia na kruhovom valci, b) frekvencia generátora je približne rovná kritickej frekvencii hlavnej vlny štrbinového vedenia na kruhovom valci, c) frekvencia generátora je väčšia kritická frekvencia základnej vlny štrbinového vedenia na kruhovom valci. Na obr. 5 je intenzita elektrického poľa úmerná dĺžke vektora. Ako je možné vidieť z obr. 5, v prípade a) sa elektromagnetická vlna odráža prakticky od vstupu do prenosového vedenia. Vlna preniká do štrbinového vedenia do hĺbky, ktorá je v dĺžkach vôle zanedbateľne malá. V prípade b) sa v štrbinovom valcovom prenosovom vedení vytvorí exponenciálne klesajúce rozloženie poľa. V prípade c) sa v štrbinovom valcovom prenosovom vedení vytvorí stojatá vlna. V tomto prípade je dĺžka stojatej vlny v štrbinovom prenosovom vedení väčšia ako dĺžka stojatej vlny v dvojvodičovom prenosovom vedení.
Je výhodné zvoliť priemer potrubia rovný 0,14 vlnovej dĺžky vo voľnom priestore. Odporúča sa zvoliť dĺžku štrbiny blízku polovici vlnovej dĺžky hlavnej vlny H 00 štrbinového vedenia na valcovom vlnovode.
Šírka štrbiny 3 nepresahuje jednu tridsatinu vlnovej dĺžky. Nerovnomernosť v rozdelení prúdu na stredovom vodiči kábla v štrbine 3 preto môže byť prakticky zanedbaná. V dôsledku toho je nevyvážený koaxiálny kábel zavedený do budiacej oblasti antény takým spôsobom, že nenarúša ani fyzickú, ani elektrickú symetriu antény. Posuvné prúdy vznikajúce medzi vonkajším vodičom napájača 6 a puzdrom 2 v oblasti od ohybu napájača po štrbinu sú malé v dôsledku skutočnosti, že vonkajší vodič napájača 6 a puzdro 2 majú galvanický kontakt navzájom cez prvú vodivú svorku 7. Galvanický kontakt vonkajšieho vodiča napájača 6 a krytu 2 spôsobuje, že intenzita elektrického poľa je v mieste ich spojenia rovná nule. V úseku napájača umiestnenom pozdĺž priamky diametrálne protiľahlej k osi štrbiny nie sú posuvné prúdy medzi vonkajším vodičom napájača 6 a krytom 2 excitované, pretože v tomto úseku dráhy je potenciál nulový. Preto môže byť potenciálne vyžarovanie z medzery vytvorenej medzi vonkajším vodičom napájača 6 a krytom 2 zanedbané. Eliminuje sa tak anténny efekt napájača a s tým spojené nepredvídateľné skreslenia vyžarovacieho diagramu antény, zmeny vstupnej impedancie antény a vyžarovanie krížovo polarizovaného poľa. Pomocou rigorózneho riešenia Maxwellových rovníc za daných ideálnych okrajových podmienok boli vypočítané siločiary elektrického poľa časovou metódou v rôznych časoch počas jednej periódy oscilácií napätia generátora. Čiary poľa v určitom časovom bode sú znázornené na obr. 6. Pre uľahčenie označenia prvkov antény číslami bol zvolený časový okamih, kedy je intenzita elektrického poľa v bezprostrednej blízkosti štrbiny malá, preto v tejto blízkosti na obr. 6 nie sú siločiary. Ďaleko od štrbiny sú pozorované už vytvorené víry poľa, reprezentované siločiarami, ktoré nie sú podporované nábojmi na stenách valca. V medzizóne siločiary vychádzajú zo spodnej polovice valca na predloženom výkrese a končia svoju dráhu na hornej časti valca. V bode oproti stredu štrbiny siločiara neuberá a nekončí svoju dráhu, pretože potenciál v tomto bode je nulový. Tento bod je hraničným bodom medzi spodnou a hornou polovicou valca. Podľa vyššie uvedeného pravidla by siločiara mala začínať a končiť svoju dráhu tu. To sa však ukazuje ako nemožné, pretože vektory intenzity elektrického poľa dotýkajúce sa spodnej a hornej časti siločiary sú v tomto bode proti sebe, a preto sa navzájom rušia. Z tohto dôvodu sa blízkosť línie oproti osi štrbiny ukazuje ako vhodná na položenie napájača pozdĺž nej, aby sa minimalizoval anténny efekt napájača.
Vyššie uvedená konštrukcia antény poskytuje pohodlné nastavenie zarovnania antény s podávačom. Pozrime sa na to podrobnejšie s odkazom na ekvivalentný anténny obvod na obr. 3. Na obr. 3, číslo 15 označuje prvý kondenzátor s kapacitou C1, tvorený vnútorným povrchom prispôsobeného valca 9 a vonkajším povrchom vonkajšieho vodiča prispôsobeného káblového úseku 10. V tomto prípade hrá plášť kábla úlohu dielektrikum. Číslica 16 označuje druhý kondenzátor s kapacitou C 2, tvorený vnútorným povrchom vonkajšieho vodiča a povrchom centrálneho vodiča zodpovedajúcej časti kábla 10. Číslica 17 označuje indukčnosť L, spôsobenú tokom prúdov. pozdĺž vnútorného a vonkajšieho povrchu rúry od prvého okraja 4 k druhému okraju 5 štrbiny. Číslo 18 označuje odpor R, v dôsledku vyžarovacích strát antény. Svorka 19 zodpovedá bodu galvanického kontaktu vonkajšieho vodiča napájača cez prvú vodivú svorku s okrajom 4. Svorka 20 zodpovedá bodu na vstupe centrálneho vodiča zodpovedajúcej káblovej časti. Číslo 21 označuje bod galvanického kontaktu lícovacieho valca cez vodivú svorku 8 s okrajom 5 štrbiny 3.
Dva sériovo zapojené kondenzátory 15 a 16 majú ekvivalentnú kapacitu C3:
Vstupný odpor na svorkách 19, 20 Zin v dôsledku sériového zapojenia ekvivalentnej kapacity C 3 a reťazca paralelne zapojeného odporu R a indukčnosti L pri frekvencii sa rovná:
Pri rezonančnej frekvencii je pomyselná časť vstupného odporu nulová, t.j.
Nahradením súčiniteľa v menovateli v hranatých zátvorkách v (2) jeho hodnotou z (3) získame hodnotu vstupu pri rezonančnej frekvencii:
Ideálne zosúladenie s napájačom sa dosiahne vtedy, keď sa vstupná impedancia antény rovná charakteristickej impedancii napájača. Pre dané L a R sa úprava dohodou dosiahne výberom hodnoty ekvivalentnej kapacity C 3 .
V obmedzujúcom prípade, keď neexistuje žiadny zodpovedajúci valec (C1), ekvivalentná kapacita C3 sa rovná kapacite C2 - kapacite zodpovedajúcej káblovej časti. Zvyčajne na zladenie antény s podávačom je potrebné mať malú hodnotu C2. Niekedy, keď sa pracuje v rozsahu vlnových dĺžok metra a decimetrov, je potrebný zodpovedajúci segment s dĺžkou maximálne desať milimetrov. Malé absolútne zmeny dĺžky úseku kábla vedú k relatívne veľkým relatívnym zmenám hodnoty C2. Preto pri presnom naladení antény na pracovnú frekvenciu je potrebné zmeniť dĺžku zodpovedajúceho segmentu o zlomky milimetra. Potreba zvoliť dĺžku zodpovedajúceho káblového segmentu s presnosťou zlomkov milimetra komplikuje proces ladenia antény.
Situácia je úplne iná, keď máme do činenia s dvoma kondenzátormi zapojenými do série: kapacita C1 a kapacita C2. Je známe, že zapojením dvoch kondenzátorov do série získame ekvivalentný kondenzátor s kapacitou menšou ako je kapacita každého kondenzátora jednotlivo. Teraz, s pevnou hodnotou C1, zmenou kapacity C2 vo veľkých medziach, získame zmeny v hodnote ekvivalentnej kapacity v malých medziach.
Počiatočná dĺžka zodpovedajúcej káblovej časti by mala byť samozrejme väčšia v porovnaní s prípadom, keď tento druhý kondenzátor nie je prítomný. V dôsledku toho je teraz zmena dĺžky zodpovedajúcej časti kábla väčšia v relatívnych jednotkách a nastavenie je presnejšie.
Tie. Naladenie antény na prevádzkovú frekvenciu zmenou dĺžky zodpovedajúcej časti kábla, napríklad odrezaním, nespôsobuje ťažkosti, pretože zmeny dĺžky sa uskutočňujú v množstvách meraných v milimetroch.
Anténa má nasledujúcu výhodu, a to, že so zavedením zodpovedajúceho valca do antény sa zvyšuje elektrická sila antény. Najvyššia intenzita elektrického poľa, keď je anténa vybudená, sa vyskytuje v zodpovedajúcej časti kábla. V anténe so zodpovedajúcim valcom je teraz potenciálny rozdiel medzi stredovým vodičom a okrajom potrubia rozdelený medzi dva kondenzátory, z ktorých prvý je tvorený stredovým vodičom a vonkajším vodičom kábla, druhý kondenzátor je tvorený vonkajším vodičom kábla a zodpovedajúcim valcom. Súčet úbytkov napätia na týchto dvoch kondenzátoroch sa rovná potenciálnemu rozdielu medzi stredovým vodičom a okrajom. Tie. napätie na každom kondenzátore je menšie ako celkové napätie, čo zvyšuje elektrickú silu antény.
Boli vyrobené dve vzorky štrbinovej valcovej antény. Prvá vzorka obsahovala vodivý valec s pozdĺžnou štrbinou, podávač a zodpovedajúcu káblovú časť. Prvá vzorka nemala zodpovedajúci valec, prvú vodivú svorku a druhú vodivú svorku. Vonkajší vodič prispôsobovacieho napájača mal galvanický kontakt priamo s okrajom 4. Druhá vzorka sa líši od prvej v tom, že naviac obsahuje prispôsobovací valec, prvú vodivú svorku a druhú vodivú svorku. Druhá vzorka používa zodpovedajúcu časť kábla, ktorá je dlhšia ako prvá vzorka. V druhej vzorke je zodpovedajúci káblový úsek položený vo vnútri prispôsobeného valca a pokračuje mimo neho. Nižšie je uvedený opis druhej vzorky zodpovedajúcej predkladanému vynálezu. Pri popise vzorky antény sa budeme odvolávať na zápis na obr. 1 a obr. 2.
Vzorka antény pozostáva z valcového telesa 2 so štrbinou 3 s prvým okrajom 4 a druhým okrajom 5, napájača 6, zodpovedajúcej časti kábla 10, zodpovedajúceho valca 9, prvej svorky 7 a druhej svorky 8, a spojovacích prvkov.
Puzdro 2, dĺžka 720 mm a priemer 130 mm, je vyrobené z pocínovaného plechu hrúbky 0,3 mm. Prierez telesa má tvar kruhu. Do telesa je vyrezaná štrbina 3 s dĺžkou 640 mm a šírkou 30 mm, aby sa vytvoril prvý okraj 4 a druhý okraj 5, rovnobežné s pozdĺžnou osou valcového telesa.
Ako napájač 6 bol použitý sériový koaxiálny kábel RK-50-2-11.
Zodpovedajúci úsek napájača 10 je vyrobený vo forme krátkeho úseku koaxiálneho kábla RK-50-2-11. Časť 10 koaxiálneho kábla je umiestnená vo vnútri zodpovedajúceho valca 9.
Zodpovedajúci valec 9 je vyrobený z mosadznej rúrky s vnútorným priemerom 4 mm. V tomto prípade boli merania uskutočnené pri troch dĺžkach trubice: 11,5 mm; 7 mm; 5 mm.
Koniec zodpovedajúcej káblovej časti 10 oproti štrbine je otvorený a nie je s ničím spojený. Centrálny vodič 11 prispôsobovacej časti 10 koaxiálneho vedenia vychádza z prispôsobovacieho valca 9 a siaha do stredu štrbiny 3.
Podávač 6 je pripevnený na povrchu valca pozdĺž priamky, diametrálne protiľahlej k pozdĺžnej osi štrbiny, ohnutý v blízkosti bodu budenia antény, položený vo vnútri prvej svorky 7 a potom umiestnený nad štrbinou 3, položený vo vnútri zodpovedajúceho valca 9 a potom pokračuje mimo valca 9. Vonkajšia izolácia podávača sa odreže a odstráni po dĺžke štrbiny. Vonkajší vodič (vrkoč) sa na vstupe do druhej svorky 8 po obvode odreže, oplet sa začeše smerom k okraju 4. Vyčesaný oplet sa rovnomerne rozloží po kruhu a prispájkuje sa na svorku 7. Vonkajší vodič napájača 6 je galvanicky spojený cez svorku 7 s prvou hranou 4 štrbinami a stredový vodič 12 napájača 6 je spojený s centrálnym vodičom 11 zodpovedajúcej časti kábla 10. Druhý koniec koaxiálneho napájača 6 je zabudované do vysokofrekvenčného konektora.
Na upevnenie podávača 6 na kryt 2 sa používajú štandardizované svorky, skrutky a matice.
Hodnoty reálnej ReZ a imaginárnej časti ImZ vstupnej impedancie prototypovej antény a antény podľa tohto vynálezu vo frekvenčnom rozsahu nameranom na vzorkách sú znázornené vo forme grafov na obr. 4a).
Závislosti SWR od frekvencie nameranej na prvej a druhej vzorke antény sú znázornené vo forme grafov na obr. 4b). Graf 22 zodpovedá prvej vzorke antény. V tomto prípade je dĺžka zodpovedajúcej káblovej časti 10,5 mm. Grafy 23, 24 a 25 zodpovedajú druhej vzorke antény so zodpovedajúcou dĺžkou valca 11,5 mm, 7 mm a 5 mm. V tomto prípade je dĺžka zodpovedajúcej káblovej časti 20,5 mm, 24 mm a 30 mm.
Pri ladení prvej vzorky antény na rezonančnú frekvenciu sa dĺžka zodpovedajúcej káblovej časti menila v krokoch po 0,25 mm. Zmena dĺžky zodpovedajúceho segmentu o 0,25 mm viedla k zmene rezonančnej frekvencie o 0,5 MHz. Pri ladení druhej vzorky antény na rezonančnú frekvenciu sa dĺžka zodpovedajúcej káblovej časti menila v krokoch po 2 mm. Zmena dĺžky zodpovedajúceho segmentu o 2 mm viedla k zmene rezonančnej frekvencie o 0,5 MHz. Ako je možné vidieť pri skúmaní grafov na obr. 4, anténa naladená na rovnakú rezonančnú frekvenciu pri rôznych pomeroch dĺžky prispôsobeného valca a dĺžky sekcie prispôsobeného kábla má takmer rovnakú závislosť SWR od frekvencie. Výhodnejšie je použiť zodpovedajúci valec kratšej dĺžky.
Skutočne, prírastok DC 2 ekvivalentnej kapacity C 3 možno nájsť zo vzťahu:
Z tohto vzťahu vyplýva: čím menšia je kapacita vyrovnávacieho valca C 1 (čím kratšia je dĺžka prispôsobeného valca), tým menej sa mení ekvivalentná kapacita pri rovnakých prírastkoch kapacity C 2 (prírastok dĺžky prispôsobeného kábla sekcia). V tomto prípade je možné použiť dlhšie zodpovedajúce káblové úseky.
Pri dlhších zodpovedajúcich káblových úsekoch je pohodlnejšie naladiť anténu, pretože môžete použiť tradičný nástroj na rezanie káblov.
Merania polarizačných charakteristík antény ukázali, že anténa má lineárnu polarizáciu. Merania vykonané na anténe ukazujú, že anténa je bez efektov napájacej antény.
Aplikácia vynálezu
Vynález je možné použiť ako nezávislú anténu, ako prvky zložitejších antén, vyžarovacie prvky anténnych polí, napájače zrkadlových a šošovkových antén.
Anténu je možné použiť buď ako nezávislú anténu alebo ako prvok lineárneho anténneho poľa.
Navrhovaná širokopásmová dipólová anténa sa ukazuje ako užitočná vo všetkých prípadoch, kde je potrebná buď nezávislá štrbinová anténa alebo vyžarovací (prijímací) prvok zložitejšieho anténneho zariadenia alebo anténneho systému, z čoho vyplývajú nízke straty v napájači, vysoká účinnosť antény, a vyžaduje sa nízka úroveň žiarenia krížovej polarizácie.
NÁROK
1. štrbinová valcová anténa obsahujúca vodivé valcové puzdro, v ktorom je vytvorená pozdĺžna štrbina s prvým a druhým okrajom a napájač, vyznačujúca sa tým, že obsahuje prvú svorku pripevnenú k prvému okraju štrbiny na vytvorenie galvanického kontaktu, druhá svorka pripojená k druhému okraju štrbiny s vytvorením galvanického kontaktu, zodpovedajúci valec a zodpovedajúci káblový úsek, zodpovedajúci valec je pripevnený na druhom okraji štrbiny a položený cez druhú svorku, zodpovedajúci káblový úsek je namontovaný na druhom okraji štrbiny a položený cez zodpovedajúci valec, podávač je upevnený na povrchu valca pozdĺž priamky diametrálne protiľahlej pozdĺžnej osi štrbiny, s ohybom smerom k štrbine v blízkosti bodu vybudením štrbiny a položením cez prvú svorku s vonkajším vodičom napájača, ktorý tvorí galvanický kontakt s prvou svorkou, je centrálny vodič napájača galvanicky spojený s centrálnym vodičom zodpovedajúceho káblového úseku.
2. Štrbinová valcová anténa podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že prispôsobovací valec je vytvorený vo forme kruhového vodivého valca.
- Preklad
Článok na preklad navrhol alessandro893. Materiál je prevzatý z rozsiahlej referenčnej lokality, popisujúcej najmä princípy fungovania a konštrukcie radarov.
Anténa je elektrické zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu na rádiové vlny a naopak. Anténa sa používa nielen v radaroch, ale aj v rušičoch, systémoch varovania pred žiarením a komunikačných systémoch. Anténa pri vysielaní sústreďuje energiu radarového vysielača a vytvára lúč nasmerovaný do požadovaného smeru. Pri príjme anténa zbiera vracajúcu sa radarovú energiu obsiahnutú v odrazených signáloch a prenáša ich do prijímača. Antény sa často líšia tvarom lúča a účinnosťou.
Vľavo je izotropná anténa, vpravo smerová anténa
Dipólová anténa
Dipólová anténa alebo dipól je najjednoduchšia a najobľúbenejšia trieda antén. Pozostáva z dvoch rovnakých vodičov, drôtov alebo tyčí, zvyčajne s obojstrannou symetriou. Pre vysielacie zariadenia sa do neho privádza prúd a pre prijímacie zariadenia sa signál prijíma medzi dvoma polovicami antény. Obe strany napájača pri vysielači alebo prijímači sú pripojené k jednému z vodičov. Dipóly sú rezonančné antény, to znamená, že ich prvky slúžia ako rezonátory, v ktorých stojaté vlny prechádzajú z jedného konca na druhý. Takže dĺžka dipólových prvkov je určená dĺžkou rádiovej vlny.
Smerový vzor
Dipóly sú všesmerové antény. Z tohto dôvodu sa často používajú v komunikačných systémoch.
Anténa vo forme asymetrického vibrátora (monopol)
Asymetrická anténa je polovicou dipólovej antény a je namontovaná kolmo na vodivý povrch, horizontálny odrazový prvok. Smerovosť monopólovej antény je dvojnásobná v porovnaní s dvojdĺžkovou dipólovou anténou, pretože pod horizontálnym reflexným prvkom nie je žiadne žiarenie. V tomto ohľade je účinnosť takejto antény dvakrát vyššia a je schopná prenášať vlny ďalej pomocou rovnakého vysielacieho výkonu.
Smerový vzor
Anténa s vlnovým kanálom, anténa Yagi-Uda, anténa Yagi
Smerový vzor
Rohová anténa
Typ antény často používaný na vysielačoch VHF a UHF. Pozostáva z žiariča (môže to byť dipól alebo Yagiho pole) namontovaného pred dvoma plochými obdĺžnikovými reflexnými obrazovkami spojenými pod uhlom, zvyčajne 90°. Plech alebo mriežka (pre nízkofrekvenčné radary) môže pôsobiť ako reflektor, ktorý znižuje hmotnosť a znižuje odpor vetra. Rohové antény majú široký dosah a zisk je asi 10-15 dB.
Smerový vzor
Vibrátorová logaritmická (logaritmická periodická) anténa alebo logaritmicky periodická sústava symetrických vibrátorov
Log-periodická anténa (LPA) pozostáva z niekoľkých polvlnových dipólových žiaričov s postupne sa zväčšujúcou dĺžkou. Každý pozostáva z páru kovových tyčí. Dipóly sú pripevnené tesne za sebou a pripojené k napájaču paralelne s opačnými fázami. Táto anténa vyzerá podobne ako anténa Yagi, ale funguje inak. Pridaním prvkov do antény Yagi sa zvýši jej smerovosť (zisk) a pridaním prvkov do LPA sa zvýši jej šírka pásma. Jeho hlavnou výhodou oproti iným anténam je extrémne široký rozsah pracovných frekvencií. Dĺžky anténnych prvkov sa navzájom spájajú podľa logaritmického zákona. Dĺžka najdlhšieho prvku je 1/2 vlnovej dĺžky najnižšej frekvencie a najkratšia je 1/2 vlnovej dĺžky najvyššej frekvencie.
Smerový vzor
Anténa Helix
Skrutkovitá anténa pozostáva z vodiča stočeného do špirály. Zvyčajne sa montujú nad vodorovný reflexný prvok. Podávač je pripojený k spodnej časti špirály a horizontálnej rovine. Môžu pracovať v dvoch režimoch - normálnom a axiálnom.
Normálny (priečny) režim: Rozmery špirály (priemer a sklon) sú malé v porovnaní s vlnovou dĺžkou vysielanej frekvencie. Anténa funguje rovnakým spôsobom ako skratovaný dipól alebo monopól s rovnakým vyžarovacím diagramom. Žiarenie je lineárne polarizované rovnobežne s osou špirály. Tento režim sa používa v kompaktných anténach pre prenosné a mobilné rádiá.
Axiálny režim: rozmery špirály sú porovnateľné s vlnovou dĺžkou. Anténa funguje ako smerová, vysiela lúč z konca špirály pozdĺž jej osi. Vyžaruje rádiové vlny kruhovej polarizácie. Často sa používa na satelitnú komunikáciu.
Smerový vzor
Kosoštvorcová anténa
Diamantová anténa je širokopásmová smerová anténa pozostávajúca z jedného až troch paralelných drôtov upevnených nad zemou v tvare diamantu, podopretá v každom vrchole vežami alebo stĺpmi, ku ktorým sú drôty pripevnené pomocou izolátorov. Všetky štyri strany antény majú rovnakú dĺžku, zvyčajne aspoň rovnakú vlnovú dĺžku alebo sú dlhšie. Často sa používa na komunikáciu a prevádzku v rozsahu dekametrových vĺn.
Smerový vzor
Dvojrozmerné anténne pole
Viacprvkové pole dipólov používané vo KV pásmach (1,6 - 30 MHz), pozostávajúce z riadkov a stĺpcov dipólov. Počet riadkov môže byť 1, 2, 3, 4 alebo 6. Počet stĺpcov môže byť 2 alebo 4. Dipóly sú horizontálne polarizované a za dipólovým poľom je umiestnená reflexná clona, ktorá poskytuje zosilnený lúč. Počet dipólových stĺpcov určuje šírku azimutálneho lúča. Pre 2 stĺpce je šírka vyžarovacieho diagramu cca 50°, pre 4 stĺpce je to 30°. Hlavný lúč je možné nakloniť o 15° alebo 30° pre maximálne pokrytie 90°.
Počet radov a výška najnižšieho prvku nad terénom určuje výškový uhol a veľkosť obsluhovanej plochy. Pole dvoch radov má uhol 20° a pole štyroch má uhol 10°. Žiarenie z dvojrozmerného poľa sa zvyčajne približuje k ionosfére pod miernym uhlom a vďaka svojej nízkej frekvencii sa často odráža späť na zemský povrch. Keďže žiarenie sa môže mnohokrát odrážať medzi ionosférou a zemou, pôsobenie antény nie je obmedzené na horizont. V dôsledku toho sa takáto anténa často používa na komunikáciu na veľké vzdialenosti.
Smerový vzor
Klaksónová anténa
Rohová anténa pozostáva z rozširujúceho sa kovového vlnovodu v tvare rohu, ktorý zhromažďuje rádiové vlny do lúča. Klaksónové antény majú veľmi široký rozsah prevádzkových frekvencií, môžu pracovať s 20-násobnou medzerou vo svojich hraniciach - napríklad od 1 do 20 GHz. Zisk sa pohybuje od 10 do 25 dB a často sa používajú ako zdroje pre väčšie antény.
Smerový vzor
Parabolická anténa
Jednou z najpopulárnejších radarových antén je parabolický reflektor. Posuv je umiestnený v ohnisku paraboly a energia radaru je nasmerovaná na povrch reflektora. Ako zdroj sa najčastejšie používa rohová anténa, ale možno použiť aj dipólovú aj špirálovú anténu.
Keďže bodový zdroj energie je v ohnisku, premieňa sa na čelo vlny s konštantnou fázou, vďaka čomu je parabola vhodná na použitie v radare. Zmenou veľkosti a tvaru odrazovej plochy možno vytvárať lúče a vyžarovacie obrazce rôznych tvarov. Smerovosť parabolických antén je oveľa lepšia ako u Yagiho alebo dipólu, zisk môže dosiahnuť 30-35 dB. Ich hlavnou nevýhodou je ich neschopnosť zvládnuť nízke frekvencie kvôli ich veľkosti. Ďalšia vec je, že ožarovač môže blokovať časť signálu.
Smerový vzor
Cassegrainova anténa
Cassegrainova anténa je veľmi podobná bežnej parabolickej anténe, ale používa systém dvoch reflektorov na vytvorenie a zaostrenie radarového lúča. Hlavný reflektor je parabolický a pomocný reflektor je hyperbolický. Ožarovač je umiestnený v jednom z dvoch ohnísk hyperboly. Radarová energia z vysielača sa odráža od pomocného reflektora na hlavný a zaostruje. Energia vracajúca sa z cieľa je zbieraná hlavným reflektorom a odrážaná vo forme lúča zbiehajúceho sa v jednom bode na pomocný. Potom sa odrazí pomocným reflektorom a zhromažďuje sa v bode, kde sa nachádza žiarič. Čím väčší je pomocný reflektor, tým bližšie môže byť k hlavnému. Táto konštrukcia zmenšuje axiálne rozmery radaru, ale zvyšuje zatienenie clony. Malý pomocný reflektor naopak obmedzuje zatienenie otvoru, ale musí byť umiestnený ďalej od hlavného. Výhody v porovnaní s parabolickou anténou: kompaktnosť (aj napriek prítomnosti druhého reflektora je celková vzdialenosť medzi dvoma reflektormi menšia ako vzdialenosť od prívodu k reflektoru parabolickej antény), znížené straty (prijímač je možné umiestniť blízko do žiariča klaksónu), znížené rušenie bočných lalokov pre pozemné radary. Hlavné nevýhody: lúč je silnejšie blokovaný (veľkosť pomocného reflektora a prívodu je väčšia ako veľkosť prívodu bežnej parabolickej antény), nefunguje dobre so širokým rozsahom vĺn.
Smerový vzor
Anténa Gregory
Vľavo je Gregoryho anténa, vpravo Cassegrainova anténa
Gregoryho parabolická anténa je štruktúrou veľmi podobná Cassegrainovej anténe. Rozdiel je v tom, že pomocný reflektor je zakrivený v opačnom smere. Gregoryho dizajn môže použiť menší sekundárny reflektor v porovnaní s Cassegrainovou anténou, čo má za následok menšie blokovanie lúča.
Offsetová (asymetrická) anténa
Ako už názov napovedá, vysielač a pomocný reflektor (ak ide o Gregoryho anténu) offsetovej antény sú odsadené od stredu hlavného reflektora, aby neblokovali lúč. Tento dizajn sa často používa na parabolických a Gregoryho anténach na zvýšenie účinnosti.
Cassegrainova anténa s plochou fázovou doskou
Ďalšou konštrukciou určenou na boj proti blokovaniu lúča pomocným reflektorom je plochá dosková Cassegrainova anténa. Funguje s ohľadom na polarizáciu vĺn. Elektromagnetická vlna má 2 zložky, magnetickú a elektrickú, ktoré sú vždy kolmé na seba a smer pohybu. Polarizácia vlny je určená orientáciou elektrického poľa, môže byť lineárna (vertikálna/horizontálna) alebo kruhová (kruhová alebo eliptická, skrútená v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek). Zaujímavosťou polarizácie je polarizátor alebo proces filtrovania vĺn, pričom zostávajú iba vlny polarizované v jednom smere alebo rovine. Typicky je polarizátor vyrobený z materiálu s paralelným usporiadaním atómov, alebo to môže byť mriežka paralelných drôtov, ktorých vzdialenosť je menšia ako vlnová dĺžka. Často sa predpokladá, že vzdialenosť by mala byť približne polovica vlnovej dĺžky.
Častou mylnou predstavou je, že elektromagnetická vlna a polarizátor fungujú podobne ako oscilačný kábel a doskový plot – to znamená, že napríklad horizontálne polarizované vlnenie musí byť blokované clonou s vertikálnymi štrbinami.
V skutočnosti sa elektromagnetické vlny správajú inak ako mechanické vlny. Mriežka paralelných horizontálnych drôtov úplne blokuje a odráža horizontálne polarizovanú rádiovú vlnu a prenáša vertikálne polarizovanú - a naopak. Dôvodom je toto: keď je elektrické pole alebo vlna rovnobežná s drôtom, excituje elektróny pozdĺž dĺžky drôtu, a keďže dĺžka drôtu je mnohonásobne väčšia ako jeho hrúbka, elektróny sa môžu ľahko pohybovať a absorbujú väčšinu energie vlny. Pohyb elektrónov povedie k vzniku prúdu a prúd vytvorí svoje vlastné vlny. Tieto vlny zrušia prenosové vlny a budú sa správať ako odrazené vlny. Na druhej strane, keď je elektrické pole vlny kolmé na drôty, bude excitovať elektróny po celej šírke drôtu. Keďže elektróny sa týmto spôsobom nebudú môcť aktívne pohybovať, odrazí sa veľmi málo energie.
Je dôležité poznamenať, že hoci vo väčšine ilustrácií majú rádiové vlny iba 1 magnetické pole a 1 elektrické pole, neznamená to, že oscilujú striktne v rovnakej rovine. V skutočnosti si možno predstaviť, že elektrické a magnetické polia pozostávajú z niekoľkých podpolí, ktoré sa vektorovo sčítavajú. Napríklad pre vertikálne polarizovanú vlnu z dvoch podpolí je výsledok sčítania ich vektorov vertikálny. Keď sú dve podpolia vo fáze, výsledné elektrické pole bude vždy stacionárne v rovnakej rovine. Ak je však jedno z podpolí pomalšie ako druhé, výsledné pole sa začne otáčať okolo smeru, v ktorom sa vlna pohybuje (často sa tomu hovorí eliptická polarizácia). Ak je jedno podpole pomalšie ako ostatné presne o štvrtinu vlnovej dĺžky (fáza sa líši o 90 stupňov), dostaneme kruhovú polarizáciu:
Na premenu lineárnej polarizácie vlny na kruhovú polarizáciu a späť je potrebné spomaliť jedno z podpolí oproti ostatným presne o štvrtinu vlnovej dĺžky. Na tento účel sa najčastejšie používa mriežka (štvrťvlnová fázová doska) z paralelných drôtov so vzdialenosťou medzi nimi 1/4 vlnovej dĺžky, ktorá je umiestnená pod uhlom 45 stupňov k horizontále.
Pri vlne prechádzajúcej zariadením sa lineárna polarizácia zmení na kruhovú a kruhová na lineárnu.
Cassegrainova anténa s plochou fázovou platňou fungujúca na tomto princípe pozostáva z dvoch reflektorov rovnakej veľkosti. Pomocný prvok odráža iba horizontálne polarizované vlny a prenáša vertikálne polarizované vlny. Hlavná odráža všetky vlny. Pomocná odrazová doska je umiestnená pred hlavnou. Skladá sa z dvoch častí – doštičky so štrbinami prebiehajúcimi pod uhlom 45° a doštičky s horizontálnymi štrbinami širokými menej ako 1/4 vlnovej dĺžky.
Povedzme, že zdroj prenáša vlnu s kruhovou polarizáciou proti smeru hodinových ručičiek. Vlna prechádza štvrťvlnnou doskou a stáva sa horizontálne polarizovanou vlnou. Odráža sa od vodorovných drôtov. Prechádza cez štvrťvlnnú platňu opäť na druhej strane a pre ňu sú drôty platne orientované už zrkadlovo, teda akoby pootočené o 90°. Predchádzajúca zmena polarizácie je obrátená, takže vlna sa opäť kruhovo polarizuje proti smeru hodinových ručičiek a postupuje späť k hlavnému reflektoru. Reflektor mení polarizáciu z proti smeru hodinových ručičiek na smer hodinových ručičiek. Cez horizontálne štrbiny pomocného reflektora prechádza bez odporu a odchádza v smere k terčom vertikálne polarizovaný. V režime príjmu sa stane opak.
Slotová anténa
Hoci opísané antény majú pomerne vysoký zisk v pomere k veľkosti apertúry, všetky majú spoločné nevýhody: vysoká náchylnosť na bočné laloky (citlivosť na rušivé odrazy od zemského povrchu a citlivosť na ciele s nízkou efektívnou rozptylovou plochou), znížená účinnosť v dôsledku blokovanie lúča (malé radary, ktoré sa dajú použiť na lietadlách, majú problém s blokovaním, veľké radary, kde je problém s blokovaním menší, sa vo vzduchu použiť nedajú). V dôsledku toho bol vynájdený nový dizajn antény - štrbinová anténa. Vyrába sa vo forme kovového povrchu, zvyčajne plochého, v ktorom sú vyrezané otvory alebo štrbiny. Keď sa ožaruje na požadovanej frekvencii, z každej štrbiny sa vyžarujú elektromagnetické vlny - to znamená, že štrbiny fungujú ako samostatné antény a tvoria pole. Keďže lúč prichádzajúci z každého slotu je slabý, ich bočné laloky sú tiež veľmi malé. Slotové antény sa vyznačujú vysokým ziskom, malými bočnými lalokmi a nízkou hmotnosťou. Nesmú mať žiadne vyčnievajúce časti, čo je v niektorých prípadoch ich dôležitá výhoda (napríklad pri inštalácii v lietadle).
Smerový vzor
Pasívna fázovaná anténa (PFAR)
Radar s MIG-31
Od prvých dní vývoja radaru trápi vývojárov jeden problém: rovnováha medzi presnosťou, dosahom a časom skenovania radaru. Vzniká preto, že radary s užšou šírkou lúča zvyšujú presnosť (zvýšené rozlíšenie) a dosah pri rovnakom výkone (koncentrácii výkonu). Ale čím menšia je šírka lúča, tým dlhšie radar sníma celé zorné pole. Navyše, radar s vysokým ziskom bude vyžadovať väčšie antény, čo je nepohodlné pre rýchle skenovanie. Na dosiahnutie praktickej presnosti pri nízkych frekvenciách by radar vyžadoval antény také veľké, že by sa mechanicky ťažko otáčali. Na vyriešenie tohto problému bola vytvorená pasívna fázovaná anténa. Pri riadení lúča sa nespolieha na mechaniku, ale na interferenciu vĺn. Ak dve alebo viac vĺn rovnakého typu kmitajú a stretávajú sa v jednom bode priestoru, celková amplitúda vĺn sa sčítava približne rovnakým spôsobom, ako sa sčítavajú vlny na vode. V závislosti od fáz týchto vĺn ich môže rušenie posilniť alebo oslabiť.
Lúč môže byť tvarovaný a riadený elektronicky riadením fázového rozdielu skupiny vysielacích prvkov – teda ovládaním toho, kde dochádza k rušeniu zosilnenia alebo útlmu. Z toho vyplýva, že radar lietadla musí mať aspoň dva vysielacie prvky na ovládanie lúča zo strany na stranu.
Typicky sa radar PFAR skladá z 1 napájacieho zdroja, jedného LNA (zosilňovač s nízkym šumom), jedného rozdeľovača energie, 1000-2000 vysielacích prvkov a rovnakého počtu fázových posúvačov.
Vysielacími prvkami môžu byť izotropné alebo smerové antény. Niektoré typické typy prevodových prvkov:
Na prvých generáciách stíhacích lietadiel sa najčastejšie používali patch antény (pásikové antény), pretože boli najjednoduchšie na vývoj.
Moderné polia s aktívnou fázou využívajú drážkové žiariče vďaka svojim širokopásmovým schopnostiam a zlepšenému zisku:
Bez ohľadu na typ použitej antény, zvýšenie počtu vyžarujúcich prvkov zlepšuje smerové charakteristiky radaru.
Ako vieme, pri rovnakej frekvencii radaru vedie zväčšenie clony k zmenšeniu šírky lúča, čo zvyšuje dosah a presnosť. Ale pre fázované polia sa neoplatí zväčšovať vzdialenosť medzi vyžarovacími prvkami v snahe zväčšiť clonu a znížiť náklady na radar. Pretože ak je vzdialenosť medzi prvkami väčšia ako prevádzková frekvencia, môžu sa objaviť bočné laloky, ktoré výrazne zhoršujú výkon radaru.
Najdôležitejšou a najdrahšou časťou PFAR sú fázové posúvače. Bez nich nie je možné ovládať fázu signálu a smer lúča.
Prichádzajú v rôznych typoch, ale vo všeobecnosti ich možno rozdeliť do štyroch typov.
Fázové posúvače s časovým oneskorením
Najjednoduchší typ fázových meničov. Trvá určitý čas, kým signál prejde prenosovou linkou. Toto oneskorenie, ktoré sa rovná fázovému posunu signálu, závisí od dĺžky prenosovej linky, frekvencie signálu a fázovej rýchlosti signálu v prenášanom materiáli. Prepínaním signálu medzi dvoma alebo viacerými prenosovými vedeniami danej dĺžky je možné riadiť fázový posun. Spínacími prvkami sú mechanické relé, kolíkové diódy, tranzistory riadené poľom alebo mikroelektromechanické systémy. Pin diódy sa často používajú kvôli ich vysokej rýchlosti, nízkym stratám a jednoduchým predpätým obvodom, ktoré poskytujú zmeny odporu od 10 kΩ do 1 Ω.
Oneskorenie, s = fázový posun ° / (360 * frekvencia, Hz)
Ich nevýhodou je, že fázová chyba sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou a zväčšuje sa s klesajúcou frekvenciou. Fázová zmena sa tiež mení s frekvenciou, takže nie sú použiteľné pre veľmi nízke a vysoké frekvencie.
Reflexný/kvadratúrny fázový menič
Typicky ide o kvadratúrne spojovacie zariadenie, ktoré rozdeľuje vstupný signál na dva signály o 90° fázovo posunuté, ktoré sa potom odrazia. Na výstupe sa potom kombinujú vo fáze. Tento obvod funguje, pretože odrazy signálu od vodivých vedení môžu byť mimo fázy vzhľadom na dopadajúci signál. Fázový posun sa mení od 0° (otvorený obvod, nulová varaktorová kapacita) do -180° (skrat, nekonečná varaktorová kapacita). Takéto fázové posúvače majú široký rozsah činnosti. Fyzikálne obmedzenia varaktorov však znamenajú, že v praxi môže fázový posun dosiahnuť iba 160°. Ale pre väčší posun je možné kombinovať viacero takýchto reťazí.
Vektorový modulátor IQ
Rovnako ako reflexný fázový posunovač, aj tu je signál rozdelený na dva výstupy s 90-stupňovým fázovým posunom. Nezaujatá vstupná fáza sa nazýva I-kanál a kvadratúra s 90-stupňovým posunom sa nazýva Q-kanál. Každý signál potom prechádza cez dvojfázový modulátor schopný posunúť fázu signálu. Každý signál je fázovo posunutý o 0° alebo 180°, čo umožňuje výber ľubovoľného páru kvadratúrnych vektorov. Tieto dva signály sa potom znova spoja. Keďže je možné regulovať útlm oboch signálov, riadi sa nielen fáza, ale aj amplitúda výstupného signálu.
Fázový posúvač na horno/dolnopriepustných filtroch
Bol vyrobený s cieľom vyriešiť problém fázových posúvačov s časovým oneskorením, ktoré nie sú schopné pracovať vo veľkom frekvenčnom rozsahu. Funguje tak, že prepína signálovú cestu medzi hornopriepustnými a dolnopriepustnými filtrami. Podobné ako fázový posunovač s časovým oneskorením, ale namiesto prenosových vedení používa filtre. Hornopriepustný filter pozostáva zo série induktorov a kondenzátorov, ktoré poskytujú fázový posun. Takýto fázový posúvač poskytuje konštantný fázový posun v rozsahu prevádzkovej frekvencie. Má tiež oveľa menšiu veľkosť ako predchádzajúce meniče fázy, a preto sa najčastejšie používa v radarových aplikáciách.
Ak to zhrnieme, v porovnaní s bežnou reflexnou anténou budú hlavnými výhodami PFAR: vysoká rýchlosť skenovania (zvýšenie počtu sledovaných cieľov, zníženie pravdepodobnosti, že stanica zachytí varovanie pred radiáciou), optimalizácia času stráveného na cieli, optimalizácia času stráveného na cieli. vysoký zisk a malé postranné laloky (ťažko sa rušia a detegujú), náhodná sekvencia skenovania (ťažšie sa ruší), schopnosť používať špeciálne modulačné a detekčné techniky na extrakciu signálu zo šumu. Hlavnými nevýhodami sú vysoká cena, nemožnosť skenovania širšie ako 60 stupňov na šírku (zorné pole stacionárneho fázového poľa je 120 stupňov, mechanický radar ho môže rozšíriť na 360).
Aktívna fázovaná anténa
Vonku je ťažké rozlíšiť AFAR (AESA) a PFAR (PESA), ale vo vnútri sú radikálne odlišné. PFAR používa jeden alebo dva vysokovýkonné zosilňovače na prenos jedného signálu, ktorý je potom rozdelený do tisícov ciest pre tisíce fázových posúvačov a prvkov. Radar AFAR pozostáva z tisícok prijímacích/vysielacích modulov. Keďže vysielače sú umiestnené priamo v samotných prvkoch, nemá samostatný prijímač a vysielač. Rozdiely v architektúre sú znázornené na obrázku.
V AFAR je väčšina komponentov, ako je zosilňovač slabého signálu, vysokovýkonný zosilňovač, duplexer a fázový menič, zmenšená a zostavená do jedného krytu nazývaného vysielací/prijímací modul. Každý z modulov je malý radar. Ich architektúra je nasledovná:
Hoci AESA a PESA využívajú vlnovú interferenciu na tvarovanie a vychyľovanie lúča, jedinečný dizajn AESA poskytuje oproti PFAR mnoho výhod. Napríklad malý zosilňovač signálu je umiestnený blízko prijímača, pred komponentmi, kde sa stráca časť signálu, takže má lepší odstup signálu od šumu ako PFAR.
Navyše s rovnakými detekčnými schopnosťami má AFAR nižší pracovný cyklus a špičkový výkon. Taktiež, keďže jednotlivé moduly APAA sa nespoliehajú na jeden zosilňovač, môžu súčasne prenášať signály na rôznych frekvenciách. Výsledkom je, že AFAR môže vytvoriť niekoľko samostatných lúčov, ktoré rozdelia pole do podpolí. Možnosť prevádzky na viacerých frekvenciách prináša multitasking a možnosť nasadiť elektronické rušiace systémy kdekoľvek vo vzťahu k radaru. Vytváranie príliš veľkého počtu súčasných lúčov však znižuje dosah radaru.
Dve hlavné nevýhody AFAR sú vysoká cena a obmedzené zorné pole na 60 stupňov.
Hybridné elektronicko-mechanické fázované antény
Veľmi vysoká rýchlosť skenovania fázovaného poľa je kombinovaná s obmedzeným zorným poľom. Na vyriešenie tohto problému moderné radary umiestňujú fázované polia na pohyblivý disk, čo zväčšuje zorné pole. Nezamieňajte si zorné pole so šírkou lúča. Šírka lúča sa vzťahuje na radarový lúč a zorné pole sa vzťahuje na celkovú veľkosť skenovanej oblasti. Úzke lúče sú často potrebné na zlepšenie presnosti a dosahu, ale úzke zorné pole zvyčajne nie je potrebné.
Štítky: Pridajte štítky
v superkritickom režime, keď sa šíria medzi rovnobežnými kovovými doskami, je možné určiť vzdialenosť medzi výstupkami; d 0 (obr. 5.12), ich dĺžka je 1(/a hrúbka - \ - ., \ ^
Na obr. 5.13 a 5.14 znázorňujú príklady konštrukcie vlnovodu-štrbina bez rezonancie
antény so šikmými štrbinami na úzkej stene vlnovodu pri napájaní antény obdĺžnikovým vlnovodom (obr. 5.13) a s pozdĺžnymi štrbinami na širokej stene pri napájaní koaxiálnym káblom (obr. 5.14).
Príklad konštrukcie vlnovodu štrbinovej antény s elektromechanickým výkyvom lúča (s odnímateľnou hornou stenou štrbiny) je na obr. 5.15. Účel jednotlivých prvkov antény je naznačený na rovnakom obrázku.
Na obr. 5.1-6a znázorňuje jeden z variantov dvojrozmernej vlnovodovej štrbinovej antény [L 11], pozostávajúcej z ôsmich paralelných hliníkových vlnovodov, v každom z nich je vyrezaných desať štrbín pre činky. Sloty na činky majú väčšiu šírku pásma ako bežné obdĺžnikové sloty [LO 9]. Zvláštnosťou antény je, že párne a nepárne vlnovody sú napájané z rôznych strán pomocou rozdeľovačov výkonu a celá clona je využitá na vytvorenie štyroch lúčov, ktorých priestorové usporiadanie je znázornené bodkovanou čiarou na obr. 5.16.6, Takéto antény sa používajú napríklad * v leteckých Dopplerových autonómnych navigačných zariadeniach určených na určenie rýchlosti a uhla driftu lietadla.
Na vytvorenie požadovaného tvaru vyžarovacieho diagramu [LO 7] je možné použiť sadu niekoľkých lineárnych*vlnovodovo-štrbinových antén umiestnených pozdĺž tvoriacich čiar kužeľovej časti lietadla (obr. 5.17).
Na ochranu pred atmosférickými zrážkami a prachom musí byť otvor vlnovodnej štrbinovej antény zakrytý dielektrickou doskou alebo celý vyžarovací systém musí byť umiestnený v rádiotransparentnom kryte. /у.-"-; ;7";;>■-■
5.9. Približný postup výpočtu vlnovodu-štrbiny
Pri vývoji alebo navrhovaní štrbinových antén môžu byť počiatočné údaje:
Šírka vzoru v dvoch hlavných rovinách alebo v jednej
20q 5 a úroveň bočného laloku;
Smerový koeficient £) 0 ;
Amplitúda: alebo rozloženie amplitúdy a fázy na anténe a počet žiaričov N; frekvenčný rozsah
Zastavme sa pri postupe výpočtu pre tieto dve možnosti:
Možnosť 1. Rozloženie amplitúdy cez otvor antény a počet žiaričov N sú špecifikované.
Možnosť 2. Špecifikuje sa šírka diagramu žiarenia v jednej alebo dvoch hlavných rovinách a úroveň laterálneho žiarenia.
Najprv sa vyberie typ vlnovodu-štrbinovej antény. Ak je určená uhlová poloha hlavného maxima DN 0 GL a anténa musí zabezpečiť prevádzku vo frekvenčnom pásme, volí sa nerezonančná anténa, ak je podľa konštrukčného návodu anténa úzkopásmová, ale musí mať s vysokou hodnotou účinnosti sa uprednostňuje rezonančná anténa.
Možnosť 1. Pre daný zákon zmien amplitúdy podľa apertúry antény sa najprv určí vzdialenosť medzi žiaričmi d vo vlnovode daného frekvenčného rozsahu zvoleného na konštrukciu antény: V rezonančnej anténe s premenlivými fázovými štrbinami V a nerezonančnej antény, hodnotu d je možné zvoliť dvoma spôsobmi. Ak je daná poloha hlavného maxima vzoru v priestore 6 č., potom sa požadovaná hodnota rf zistí pomocou vzorca (5.26). Ak nie je zadaný Uhol uhla, volí sa vzdialenosť medzi žiaričmi d^\"k B /2 a navyše tak, aby pri extrémnych frekvenciách daného rozsahu nedochádzalo k rezonančnému budeniu antény [vzorec (5.22 )]: Ďalej sa výpočet vykoná v nasledujúcom poradí.
Ts Berúc do úvahy všeobecný ekvivalentný obvod antény (pozri obr. 5.8.6), vypočítajú sa ekvivalentné normalizované vodivosti g n (alebo odpor g n) všetkých N slotov antény (pozri § 5.4).
2. Poznanie hodnoty gv alebo g p / podľa: tabuľky vzorcov. 5.1 (§ 5.2) určte posunutie stredu štrbín voči stredu širokej steny vlnovodu, prípadne uhol ich sklonu 6 v bočnej stene.
P 3. Po vypočítaní vodivosti žiarenia štrbiny vo vlnovode (t.j. vonkajšej vodivosti), f zo známej hodnoty výkonu na vstupe, (v prípade vysielacej antény) určte napätie na antinode. štrbiny U m [vzorec (5.3)], a teda šírka štrbiny di [vzorec (5.4)].
4. Vzhľadom na známe umiestnenie štrbín na stene vlnovodu a ich šírku podľa údajov v § 5.2 nájdite rezonančnú dĺžku štrbín vo vlnovode.
5. Vypočítajte obrazec antény (pozri § 5.7) ^ jeho k.n. d. a k.u.
Možnosť 2. Najprv nájdite vzdialenosť medzi žiaričmi podobnú prvej možnosti výpočtu. Potom sa zvolí rozdelenie amplitúdy cez anténu, čím sa zabezpečí
10* 147 štartovný vzor s danou úrovňou bočných lalokov. Potom sa pomocou teraz známeho rozdelenia amplitúd zistí dĺžka antény (a podľa toho aj počet žiaričov), čím sa získa požadovaná šírka vzoru na úrovni 0,5 výkonu (vzorce v tabuľke 5.2 § 5.7). Ďalší výpočet sa zhoduje s odsekmi. 1-5 predchádzajúcej možnosti výpočtu.
Okrem elektrického výpočtu samotnej antény sa vypočíta napájacie vedenie a budič, vyberie sa požadovaný typ otočného spoja, keď to vyžadujú konštrukčné špecifikácie, a určia sa jeho hlavné charakteristiky.
Literatúra
G. Kyu n PV Mikrovlnné antény. TTur. S; nemecký upravil M. P. Doluchanova. Vydavateľstvo "Shipbuilding", 1967.
"2. Pietol'kor s A.A. Všeobecná teória difrakčných antén. ZhTP, 1944, roč. XIV, č. 12, ZhTF, 1946, roč. XVI, (Nb 1.
3. "Manuál pre návrh kurzu antén." VZEIS, 1967.
4. Yatsuk L.P., Smirnova N.! B. Vnútorné vodivosti nerezonančných štrbín v pravouhlom vlnovode. „Novinky z univerzít“, Rádiotechnika, 1967, zväzok X, 4.
"5. Veshch"Nikova I.E., Evetroiyov G.A. Theory of matched slot emiters. "Rádiotechnika a elektronika", 1965, zväzok X, č. Ш
6. E v s t r. o i o v G. A., Ts a r a p k i n S. A. Štúdium vlnovodu-štrbinových antén: s identickými rezonančnými žiaričmi. "Rádiotechnika a elektronika", 1965, zväzok X, č. 9.
7. Evstropov G.A., Tsarailkin S. „A: Výpočet antén s vlnovou spodnou drážkou berúc do úvahy interakciu žiaričov pozdĺž základnej vlny. „Rádiotechnika a elektronika“, 1966, ročník XI, č. 5.
8. Shubarin Yu.V. Antény ultravysokých frekvencií. Vydavateľstvo Charkovskej univerzity, 1960.
9. "Microwave Scanning Antenna Systems", zväzok I. Transl. z angličtiny, vyd. G. T. Markov a A. F. Chaplin. Vydavateľstvo "Sovietsky rozhlas", 1966.
10. Shyrman Ya. D. Rádiovláknové vodiče a objemové rezonátory. Svyazidat, 1959.
11. Antény lietadiel Reznikov G.B. Vydavateľstvo "Sovietsky rozhlas", 1962.
ANTÉNY HORN
6.1. Hlavné charakteristiky rohových antén
Rohové antény vlnovodu sú najjednoduchšie antény v rozsahu centimetrových vĺn.
Môžu vytvárať vyžarovacie obrazce so šírkou od 100-140° (pri otvorení špeciálneho tvaru) do 10-520° v pyramídových rohoch. Možnosť ďalšieho zúženia vzoru rohoviny je obmedzená potrebou výrazne zväčšiť jeho dĺžku.
Vlnové antény sú širokopásmové zariadenia a poskytujú pokrytie približne jeden a pol rozsahu. Možnosť zmeny pracovnej frekvencie v ešte väčších medziach je obmedzená vybudením a šírením vyšších typov vĺn v napájacích vlnovodoch. Účinnosť klaksónu je vysoká (asi 100%). Klaksónové antény sa ľahko vyrábajú. Relatívne malá komplikácia (zahrnutie fázovej sekcie do vlnovodu) zabezpečuje vytvorenie poľa s kruhovou polarizáciou.
Nevýhody rohových antén sú: a) objemná konštrukcia, obmedzujúca možnosť získania úzkych vyžarovacích diagramov; b) ťažkosti pri regulácii amplitúdovo-fázového rozloženia poľa v clone, ktoré obmedzujú možnosť znižovania úrovne bočných lalokov a vytvárania vyžarovacích obrazcov špeciálneho tvaru.
Hornové žiariče môžu byť použité ako nezávislé antény alebo, ako otvorené konce vlnovodov, ako prvky zložitejších anténnych zariadení. Ako nezávislé antény sa klaksóny používajú v rádiových reléových vedeniach, v meteorologických staniciach, veľmi široko v rádiových meracích zariadeniach, ako aj v niektorých staniciach na špeciálne účely. Široko - používajú sa malé rohy. a otvorené konce vlnovodov ako prívody
parabolické zrkadlá a šošovky. Napájače vo forme radu rohov alebo otvorených koncov vlnovodov možno použiť na vytvorenie špeciálne tvarovaných vzorov žiarenia, riadených vzorov alebo napríklad pomocou rovnakého paraboloidu na vytvorenie vzorov žiarenia ceruzky a kosekantu. Štvor- alebo osem-hornový žiarič možno použiť na: Monopulznú metódu hľadania smeru. Na rovnaký účel je možné použiť sektorové klaksóny s vyššími tónmi. : typy vĺn (#yu, Nsch #zo). Na vytvorenie úzkych vzorov žiarenia možno použiť dvojrozmerné polia vyrobené z otvorených koncov vlnovodov alebo malých rohov. Je možné konštruovať ploché alebo konvexné fázované polia.
Odseky 6.2-6.9 sú venované úvahám o metódach. výpočet žiaričov klaksónu. V odsekoch 6.10-6.12 sú načrtnuté niektoré črty návrhu fázovaných sústav rohových vlnovodov.
6.2. Metóda výpočtu
Výpočet klaksónových antén je založený na výsledkoch ich analýzy, t.j. na začiatku sú predbežne špecifikované; " geometrické rozmery antény a potom určte jej elektrické parametre. Ak sú rozmery neúspešné, výpočet sa zopakuje znova.
Vyžarovacie pole rohovej antény; ako všetky mikrovlnné antény sa určuje približnou metódou. Podstata prístupu; je, že napriek prepojeniu medzi poľom vo vnútri a mimo klaksónu, vnútorným problémom je riešenie vonkajšieho a získaného z. toto
riešenie hodnoty poľa v rovine otvorenia klaksónu sa používa na vyriešenie externého problému [DO 1, LO 13].
Predpokladá sa, že amplitúdové rozloženie poľa v otvore rohu je rovnaké ako vo vlnovode, ktorý ho napája. Napríklad, . pri excitácii.;, trúbka s pravouhlým VLNOVODOM S vlnou #10, pozdĺž osi X (prechádza v rovine H) je rozloženie amplitúdy poľa kosínusové a pozdĺž osi Y (prechádza v rovine E) je amplitúda rozdelenie je rovnomerné. Vzhľadom na to, že čelo vlny v rohovine nezostáva ploché, ale je transformované na valcové v sektorovom rohu a na guľové v pyramídovom a kužeľovom rohu, mení sa fáza poľa pozdĺž otvoru podľa kvadratický zákon.
Opísané rozloženie amplitúdy a fázy poľa pozdĺž otvoru sú približné. Určité objasnenie poskytuje zohľadnenie odrazu od otvoru aspoň hlavného typu vlny. Treba mať na pamäti, že koeficient odrazu G klesá s rastúcou clonou.
Vyžarovací diagram rohovej antény na základe známeho poľa v apertúre možno vypočítať metódou vlnovej optiky založenej na Huygensovom princípe a Kirchhoffovom vzorci [LO 13, JIO 11, J10 1]. Aplikácia Kirchhoffovho vzorca na elektromagnetické pole nie je striktná. Niekoľko autorov urobilo objasnenia, ktoré zohľadňujú charakteristiky elektromagnetického poľa antény. Z tohto dôvodu existuje v literatúre na výpočet diagramu žiarenia niekoľko rôznych, ale podobných vzorcov, ktoré poskytujú podobné výsledky. Výpočtové vzorce budú uvedené nižšie v § 6.5. Po vyjadrení vyžarovacieho vzoru je možné nájsť smerový koeficient antény, závislosť šírky vyžarovacieho vzoru od veľkosti otvoru a ďalšie charakteristiky antény.
6.3. Výber geometrických rozmerov zvukovodu a žiariča vlnovodu
Klaksónová anténa (obr. 6.1) pozostáva z horn I, vlnovodu a budiaceho zariadenia 3
Ak má generátor napájajúci anténu * koaxiálny výstup, tak anténny vlnovod 2 je najčastejšie vybudený kolíkom umiestneným kolmo na širokú stenu j vlnovodu, budenie je privádzané na kolík koaxiálnym káblom. Ak generátor napájajúci anténu má výstup vlnovodu, potom je napájacia dráha zvyčajne vytvorená vo forme pravouhlého vlnovodu s vlnou H 10. Vlnovodový napájač priamo prechádza do vlnovodu 2 a budí zvukovod. Výpočet vzrušujúceho zariadenia vo forme; asymetrický kolík bude uvedený v nasledujúcom odseku.
Výber veľkostí vlnovodu
Voľba prierezových rozmerov pravouhlého vlnovodu a a b sa uskutočňuje na základe podmienky šírenia iba hlavného typu vlny #у vo vlnovode:
Vzťah (6.1) je znázornený v grafe na obr. 6.2, pomocou ktorého možno nájsť rozmery a. Rozmer b musí spĺňať podmienku b Uveďme niekoľko úvah pre výpočet prenosu sondy (pozri obr. 6.3). Vstupná impedancia kolíka vo vlnovode, ako aj asymetrického vibrátora vo voľnom priestore, je vo všeobecnosti komplexná veličina. Aktívna časť vstupného odporu závisí: hlavne od dĺžky kolíka, reaktívna časť - od dĺžky a hrúbky. Na rozdiel od voľného priestoru závisí vstupná impedancia kolíka vo vlnovode od štruktúry poľa vo vlnovode v blízkosti kolíka. Kalkulácia; reaktívna zložka vstupného odporu dáva nepresné výsledky a nedáva zmysel. Aby sa zabezpečilo prispôsobenie, reaktívna zložka vstupného odporu sa musí rovnať nule. Aktívnu zložku vstupného odporu možno považovať za rovnú odporu radiačného kolíka vo vlnovode. buďte si rovní! Radiačný odpor kolíka v pravouhlom vlnovode v režime postupnej vlny je určený nasledujúcim vzťahom: V prítomnosti odrazenej vlny v obdĺžnikovej; vlnovodu, odpor kolíka sa mierne mení: - vlnová impedancia podávača. reaktívne časti vodivosti vpravo a vľavo od kolíka, a to: V uvedených vzorcoch sú použité nasledujúce označenia: a a bSh sú rozmery prierezu vlnovodu; X\ - poloha kolíka na širokej stene vlnovodu, častejšie; Celkovo je kolík umiestnený v strede širokej steny, t.j. Xi = a/2; Zi.- vzdialenosť od kolíka k stene nakrátko vlnovodu; dsh je vzdialenosť od kolíka k najbližšiemu uzlu napätia; k.b. V. - koeficient postupnej vlny vo vlnovode; X^f je vlnová dĺžka vo vlnovode; r in -4 impedancia vlnovodu /g d - efektívna výška čapu vo vlne voda, ktorej geometrická výška je /, je určená vzorcom Vzhľadom na hodnoty x\ a pomocou vzorcov (6.18), (6.19) a (6.21) môžeme zistiť výšku špendlíka / pri ktorej je požadovaný /? V x. Pre úplnú koordináciu musia návrhy poskytnúť dva nastavovacie prvky. Môžete napríklad nastaviť výšku kolíka / a polohu skratovacej steny vo vlnovode U (pozri obr. 6.3) alebo rozmery k a S (pozri obr. 6.4, 6). V niektorých prípadoch, aby sa zjednodušil dizajn, sú obmedzené na jeden; nastavenie a umožniť určitý* nesúlad v koaxiálnom napájaní. 6.5. Výpočet koeficientu odrazu Odraz v rohovej anténe sa vyskytuje v dvoch častiach: v otvore rohu (1\) a v jej hrdle (G 2). Stručne zvážime každý z koeficientov odrazu. Koeficient odrazu od otvoru T\ je komplexná hodnota; jeho modul a fáza závisia od veľkosti otvoru. Dôsledné riešenie problému s otvoreným koncom vlnovodu vloženého medzi dve nekonečné roviny, uskutočnené L. A. Weinsteinom; nám umožňuje zistiť, že modul koeficientu odrazu klesá s rastúcou veľkosťou otvoru a fáza sa blíži k nule. Približne modul koeficientu odrazu od otvoru pre hlavný typ vlny možno určiť zo vzťahu Konštanta šírenia v pravouhlom vlnovode, ktorého prierez sa rovná otvoru rohu;/" d*// r: . ? \ ^ Konštanta šírenia v kruhovom vlnovode, ktorého priemer sa rovná priemeru otvoru kužeľového zvukovodu. Koeficient odrazu pozdĺž dĺžky klaksónu od otvoru po krk sa mení nielen vo fáze, ale aj v amplitúde. S veľkosťou otvorov niekoľkých dĺžok Koeficient odrazu fi od otvoreného konca pravouhlého vlnovodu (23X10) mm2 pri vlnovej dĺžke 3,2 cm, meraný experimentálne, sa rovná Zoberme si koeficient odrazu od hrdla klaksónu G2. Pri stanovení koeficientu G2 sa predpokladá, že v rohu vznikla putovná vlna. Problém je vyriešený kombináciou polí >na križovatke vlnovodu Výber veľkostí rohov Rozmery otvoru pyramídového alebo sektorového rohu a p a b p (pozri obr. 6.1) sa volia podľa požadovanej šírky vyžarovacieho diagramu v zodpovedajúcej rovine alebo podľa k.n. d. Šírka vyžarovacieho diagramu súvisí s rozmermi apertúry av a bv nasledujúcimi pomermi: UDC 621 396 677,71 DOI: 10.14529/ctcr150203 VALCOVÁ ŠTRBINOVÁ ANTÉNA D.S. Klygach, V.A. Dumchev, N.N. Repin, N.I. Voitovič Štátna univerzita južného Uralu, Čeľabinsk Prezentovaná je štrbinová valcová anténa s originálnym zariadením na prispôsobenie sa podávaču. Anténa je vyrobená vo forme pozdĺžnej štrbiny na kovovej rúre s priemerom oveľa menším ako vlnová dĺžka; dĺžka štrbiny je menšia ako vlnová dĺžka vo voľnom priestore. Parametre antény boli zistené pomocou numerickej metódy v striktnej elektrodynamickej formulácii problému. V elektrodynamickom modeli antény sa zároveň zohľadňuje návrh prispôsobovacieho zariadenia. Teoretické výsledky v rozsahu pracovných frekvencií sú v dobrej kvantitatívnej zhode s experimentálnymi výsledkami získanými na prototypoch antén. Spôsob a zariadenie navrhované v článku umožňujú jednoducho a pohodlne koordinovať anténu s napájačom. Kľúčové slová: štrbinová anténa, zodpovedajúce pásmo, SWR. Úvod Štrbinová valcová anténa bola prvýkrát navrhnutá v roku 1938 Alanom D. Blumleinom na použitie v televíznom vysielaní v rozsahu ultrakrátkych vĺn s horizontálnou polarizáciou a kruhovým vyžarovacím diagramom (RP) v horizontálnej rovine. Slotové antény nenarúšajú aerodynamiku objektov, na ktorých sú inštalované, čo neskôr predurčilo ich široké využitie na ponorkách, lietadlách, raketách a iných pohyblivých objektoch. Štrbinové antény sú tiež široko používané ako pozemné antény. V anténe A. D. Blumlein je po celej dĺžke polvlnovej vertikálnej valcovej trubice vyrezaná štrbina. Na nastavenie antény po dohode s podávačom sa používa zariadenie na nastavenie šírky štrbiny, ktoré je pre praktické použitie nepohodlné. A. Známa je Alfordova štrbinová valcová anténa, ktorá obsahuje kovovú rúrku so súvislou pozdĺžnou štrbinou, skrat na jednom konci štrbiny a zariadenie na budenie antény na druhom konci štrbiny. Priemer potrubia je 0,12X...0,15X, kde X je vlnová dĺžka vo voľnom priestore. V tejto anténe je medzera premostená vonkajším a vnútorným povrchom potrubia. Anténa, vzhľadom na relatívne malý priemer potrubia vzhľadom na vlnovú dĺžku, predstavuje indukčnú reaktanciu. Ďalším dôsledkom medzerového posunu je zvýšenie fázovej rýchlosti vzhľadom na vlnovú dĺžku voľného priestoru; čím väčší, tým menší je priemer potrubia. Preto sa dĺžka štrbiny volí tak, aby sa rovnala niekoľkým vlnovým dĺžkam vo voľnom priestore. Známa je valcová štrbinová anténa vysielaním horizontálne polarizovaných vysokofrekvenčných vĺn, obsahujúca vodivý valec s pozdĺžnou štrbinou, skratovaný na oboch koncoch valca, budený koaxiálnym káblom, ktorého vonkajší vodič je galvanicky spojený s prvý okraj štrbiny a stredový vodič je galvanicky spojený s druhým okrajom štrbiny . Spoločnou nevýhodou týchto antén je, že nemajú dostatočne jednoduché zariadenia na prispôsobenie sa podávaču. Z tohto dôvodu sa proces ladenia antény v koordinácii s podávačom na danej prevádzkovej frekvencii stáva komplikovanejším. Cieľom práce je vyvinúť valcovú štrbinovú anténu s jednoduchým zariadením na prispôsobenie sa podávaču. Dĺžka antény by nemala presiahnuť jednu vlnovú dĺžku vo voľnom priestore. Prispôsobovacie zariadenie by malo byť vhodné pri ladení valcovej štrbinovej antény prispôsobením prevádzkovému frekvenčnému pásmu. Na dosiahnutie tohto cieľa sa uskutočnili numerické experimenty a experimenty v plnom rozsahu. 1. Vyjadrenie problému Je známa možnosť budenia štrbinovej antény pomocou koaxiálneho kábla, pričom vonkajší vodič koaxiálneho kábla je galvanicky spojený s jedným širokým okrajom štrbiny a stredový vodič je galvanicky spojený s opačným širokým okrajom štrbiny. V oblasti medzery sa odstráni plášť a vonkajší vodič koaxiálneho kábla a stredový vodič v dielektriku je položený cez medzeru. Ak je priemer potrubia relatívne veľký, potom sa prispôsobenie káblu s týmto spôsobom budenia štrbiny dosiahne voľbou vzdialenosti I od bodu budenia k úzkemu okraju štrbiny. Pri relatívne malom priemere potrubia táto metóda nedosahuje požadovaný cieľ. Existuje ďalšia známa možnosť vybudenia štrbinovej antény s použitím ako prispôsobovacieho zariadenia otvoreného úseku koaxiálneho prenosového vedenia na konci, čo sa ukázalo ako účinné, keď je štrbina vytvorená na kovovom páse. Pri uvedených spôsoboch budenia cylindrickej štrbinovej antény je potrebné preskúmať správanie zhody antény s napájačom za predpokladu, že priemer rúrky, v ktorej je štrbina vytvorená, je oveľa menší ako vlnová dĺžka. 2. Metódy riešenia problému 2.1. Teoretická metóda Pre štrbinovú anténu na valci konečnej dĺžky bol vykonaný numerický experiment v rigoróznej formulácii s použitím priamej časopriestorovej metódy na riešenie Maxwellových rovníc v integrálnom tvare. Metóda priameho času rieši okrajový elektrodynamický problém zovšeobecnený na štvorrozmerný priestor. Problém hraničnej hodnoty formulovaný pre spojité kontinuum je redukovaný na variačné a projekčné mriežkové modely. Toto zohľadňuje skutočnú konštrukciu budiča a zodpovedajúceho zariadenia. Elektrodynamická štruktúra je ovplyvnená krátkym video impulzom, ktorý vybudí takmer všetky možné typy prirodzených kmitov skúmaného objektu, vďaka čomu je pozorovaná reakcia rozvinutá v čase vysoko informatívna. 2.2. Experimentálna metóda Na vykonanie experimentálnych štúdií boli vyrobené tri makety valcovej štrbinovej antény. Navyše vo všetkých troch modeloch bola dĺžka štrbiny rovnaká, rovnajúca sa 0,888 vlnovej dĺžky vo voľnom priestore. V prvom prototype je anténa budená koaxiálnym káblom, ktorého opletenie je galvanicky spojené s jedným okrajom štrbiny a jeho stredový vodič je galvanicky spojený s druhým okrajom štrbiny. V druhom prototype je anténa budená koaxiálnym káblom, ktorého opletenie je galvanicky spojené s jedným okrajom štrbiny a jeho stredový vodič je spojený s centrálnym vodičom zodpovedajúcej káblovej časti umiestnenej na druhom okraji štrbiny. slot. Opletenie zodpovedajúcej káblovej časti je galvanicky spojené s druhým okrajom drážky. V treťom usporiadaní je anténa budená koaxiálnym káblom, ktorého opletenie je galvanicky spojené s jedným okrajom štrbiny a jeho stredový vodič je spojený s centrálnym vodičom zodpovedajúcej časti kábla, ktorý je vedený cez zodpovedajúci valec galvanicky spojený s druhým okrajom štrbiny. V tomto prípade nie je opletenie zodpovedajúcej káblovej časti s ničím galvanicky spojené. Merania parametrov valcovej štrbinovej antény sa uskutočňovali podľa schémy znázornenej na obr. 1, pomocou komplexného merača koeficientu prenosu a odrazu OZOR-YUZ podľa jeho návodu na obsluhu. Kalibrácia zariadenia s kalibračnými opatreniami - voľnobežné otáčky „XX“, skrat „Skrat“, prispôsobená záťaž „Záťaž“. boli realizované s napojením kalibračných etalónov na merací kábel cez prechod E2-113/4. Ryža. 1. Schéma merania parametrov valcovej štrbinovej antény Pomocou merača komplexných koeficientov prenosu a odrazu, -SWR, sa meria skutočná a imaginárna časť komplexného odporu v úseku zodpovedajúcemu spojeniu meracieho kábla s anténnym káblom, ktorý je nižšie označený ako sekcia T2T2. Merania sa uskutočňovali na anténnom mieste bez reflexných predmetov vo vzdialenosti do 5 m. Štrbinová anténa bola inštalovaná vertikálne, spodná časť jej valca bola podopretá na drevenom stojane, ktorý bol pripevnený k meraciemu statívu. Inštalačná výška štrbinovej antény (spodná časť jej valca) vzhľadom na povrch testovacieho miesta bola najmenej 1,7 m. Z teórie prenosového vedenia konečnej dĺžky (obr. 2) je známe, že celkový ekvivalentný odpor prenosové vedenie Zg v sekcii T2T2, aplikovaný vo vzdialenosti / od záťaže s odporom, je určený nasledujúcim vzorcom: 2н + iZвtg (р/) Zв + йнЧ (р/) " Ryža. 2. Prenosové vedenie konečnej dĺžky Tu je 2b charakteristická impedancia prenosového vedenia; P - fázový koeficient; Zn - odolnosť proti zaťaženiu; Zg - vnútorný odpor generátora; / je vzdialenosť od záťaže k príslušnému úseku prenosového vedenia. V experimentoch hrá úlohu kusu kábla dĺžky / anténny kábel, úlohu kusu kábla medzi sekciami T2T2 a TT hrá merací kábel. Pri meraní podľa schémy na obr. 2 ukazuje merač komplexného koeficientu prenosu hodnoty reálnej a imaginárnej časti vstupnej impedancie antény, prevedené na vstup anténneho kábla, t.j. 2(/) . Aby sme zistili odpor priamo na vstupe antény (bez vplyvu transformácie odporu meracím káblom), vyjadríme ho zo vzorca (1), za predpokladu, že poznáme 2 (/). 2 (/)-iZ in^ (p/) Zв - iZ (/) ^ (р/)■ Výsledky merania uvedené nižšie sú prepočítané pomocou tohto vzorca. 3. Získané výsledky 3.1. Možnosť budenia antény s galvanickým kontaktom centrálneho vodiča koaxiálneho kábla s okrajom štrbiny Na uskutočnenie experimentov v plnom rozsahu bol vyrobený prvý prototyp valcovej štrbinovej antény (obr. 3). Model antény 1 obsahuje puzdro 2 s pozdĺžnou štrbinou 3 a koaxiálny kábel 6. Puzdro 2 je vyrobené z kusu valcovej hliníkovej rúrky s dĺžkou 1DA, s vonkajším priemerom 0D4A a hrúbkou steny 0,0044 ^. Pozdĺžna štrbina 3 s prvým 4 a druhým 5 okrajom má dĺžku 0,888 ^ a šírku 0,033 ^. Dĺžka koaxiálneho kábla 6 RK-50-2-11 je 640 mm, čo je polovica vlnovej dĺžky v kábli pri prevádzkovej frekvencii 332 MHz. Vonkajší vodič koaxiálneho kábla je pripevnený k prvému okraju štrbiny, aby vytvoril galvanický kontakt s telom antény. V oblasti štrbiny sa odstráni plášť a vonkajší vodič koaxiálneho kábla; stredový vodič je galvanicky spojený s druhým okrajom štrbiny. Kábel je pripevnený na povrchu valca pozdĺž priamky, diametrálne protiľahlej k pozdĺžnej osi štrbiny, s ohybom smerom k štrbine v bode protiľahlom k bodu budenia štrbiny. Závislosti reálnej a imaginárnej časti vstupného odporu antény získané prepočítaním experimentálnych výsledkov pomocou vzorca (2) sú na obr. 4 a 5. Ryža. 3. Usporiadanie valcovej štrbinovej antény Experimentálne * Teoretické Frekvencia, MHz Experimentujte Georetical Youkaya Frekvencia. MHz Ryža. 4. Závislosť reálnej časti vstupnej impedancie antény od frekvencie: a - v rozsahu pracovných frekvencií; b - v širokom frekvenčnom rozsahu Ryža. 5. Závislosť imaginárnej časti vstupného odporu od frekvencie: a - v rozsahu pracovnej frekvencie; b - v širokom frekvenčnom rozsahu Závislosť SWR od frekvencie v širokom rozsahu frekvencií antény je znázornená na obr. 6. Experiment * * Teoretické 300 400 500 600 700 800 900 1000 Frekvencia, MHz Ryža. 6. Závislosť SWR od frekvencie v širokom frekvenčnom rozsahu Z preskúmania grafov znázornených na obr. 5 je vidieť, že imaginárna časť vstupného odporu antény v širokom frekvenčnom rozsahu nadobúda kladné hodnoty, t.j. je induktívna. Na kompenzáciu indukčnej zložky vstupnej impedancie antény je preto potrebné použiť prispôsobovacie zariadenie kapacitného typu. V druhom prototype použijeme ako párovacie zariadenie otvorený segment koaxiálneho prenosového vedenia s dĺžkou menšou ako štvrtina vlnovej dĺžky. Vstupný odpor takéhoto segmentu je kapacitný. Výsledkom je, že takéto prispôsobovacie zariadenie kompenzuje indukčnú časť vstupnej impedancie valcovej štrbinovej antény. 3.2. Možnosť budenia antény pomocou zodpovedajúcej káblovej časti Takže v druhej verzii budenia antény sa ako prispôsobovacie zariadenie používa úsek koaxiálneho prenosového vedenia otvorený na konci, ktorý má dĺžku menšiu ako štvrtinu vlnovej dĺžky (obr. 7). Ako je známe, vstupná impedancia segmentu prenosového vedenia otvoreného na konci s dĺžkou menšou ako štvrtina vlnovej dĺžky je kapacitná. V dôsledku postupného zahrnutia takéhoto prispôsobovacieho zariadenia na prevádzkovej frekvencii je kompenzovaná indukčná časť vstupnej impedancie antény. V druhom prototype valcovej štrbinovej antény je ako prispôsobovacie zariadenie použitá časť koaxiálneho prenosového vedenia 7, rovnako ako ju autori použili v širokopásmovej turniketovej štrbinovej anténe s kruhovým vyžarovacím diagramom s horizontálnou polarizáciou vyžarovacieho poľa. Zodpovedajúci segment s dĺžkou 0,028X, kde X je vlnová dĺžka pri strednej frekvencii rozsahu prevádzkovej frekvencie, je umiestnený na druhom okraji štrbiny, aby vytvoril galvanický kontakt medzi vonkajším vodičom káblového segmentu a potrubím. . Stredový vodič anténneho kábla je galvanicky spojený so stredovým vodičom zodpovedajúcej káblovej časti. Dĺžka anténneho kábla je 640 mm. Rovnako ako v prvom usporiadaní je kábel pripevnený na povrchu valca pozdĺž priamky, diametrálne protiľahlej k pozdĺžnej osi štrbiny, s ohybom smerom k štrbine v blízkosti bodu budenia štrbiny. Z grafu závislosti reálnej časti vstupného odporu od frekvencie (obr. 8) vyplýva, že vo frekvenčnom rozsahu 330-450 MHz je hodnota reálnej časti rovná (50 ± 10) Ohmom. Pomyselná časť vstupného odporu v tomto rozsahu narastá od -50 do +120 Ohm, pri frekvencii 332 MHz je hodnota pomyselnej časti vstupného odporu nulová (obr. 9). Na obr. Obrázok 10 ukazuje závislosť SWR od frekvencie v širokom rozsahu frekvencií antény. Ryža. 7. Cylindrická štrbinová anténa Teoretický experiment "G" 1" -1- i Teoretický experiment 1 ■ ■ ■ -,- - Frekvencia. MHz Frekvencia, MHz Ryža. 8. Závislosť reálnej časti vstupnej impedancie antény od frekvencie: a - v rozsahu pracovných frekvencií; b - v širokom frekvenčnom rozsahu Okciicj „Gsors HIMCHT a šek Teoretický experiment Frekvencia, MHz Frekvencia, MHz Ryža. 9. Závislosť imaginárnej časti vstupného odporu antény od frekvencie: a - v rozsahu pracovných frekvencií; b - v širokom frekvenčnom rozsahu Experiment * Teoretický ■ ■ 1 1 ■ « ■ ■ Frekvencia. MHz Ryža. 10. Závislosť SWR od frekvencie v rozsahu prevádzkovej frekvencie Výsledky štúdie pomocou numerickej metódy závislosti rezonančnej frekvencie antény od dĺžky zodpovedajúceho káblového úseku sú znázornené na obr. jedenásť. Pri rezonančnej frekvencii je pomyselná časť vstupnej impedancie antény nulová, zatiaľ čo SWR nadobúda minimálnu hodnotu. Ako vyplýva zo skúmania grafov na obr. 11, ako sa dĺžka zodpovedajúceho káblového úseku zväčšuje, minimum SWR sa posúva do nízkofrekvenčnej oblasti. Keď sa dĺžka zodpovedajúceho úseku kábla zmení o 3 mm, rezonančná frekvencia sa posunie o 3,5 MHz, t.j. keď sa dĺžka zodpovedajúceho úseku kábla zmení o 1 mm, bod sa posunie rezonančná frekvencia je približne 1,2 MHz. Preto pri presnom naladení antény na prevádzkovú frekvenciu je potrebné zmeniť dĺžku zodpovedajúcej časti kábla o zlomky milimetra. Potreba zvoliť dĺžku zodpovedajúceho káblového segmentu s presnosťou zlomkov milimetra komplikuje proces ladenia antény. Ek "-Te spsriment heretical Frekvencia, MHz Ryža. 11. Závislosť SWR antény na frekvencii pri rôznych dĺžkach zodpovedajúceho segmentu: a - 12 mm; b - 15 mm; c - 18 mm; g - 21 mm 3.3. Možnosť budenia antény pomocou zodpovedajúcej káblovej časti a zodpovedajúceho valca Aby bolo možné po dohode vykonať pohodlnejšie nastavenie antény, bolo do antény zavedené prídavné zariadenie v podobe krátkeho rúrkového valca, ďalej nazývaného prispôsobovací valec (obr. 12, 13). Zodpovedajúci valec s dĺžkou 0,011^ a priemerom 0,0044^ je umiestnený na potrubí v blízkosti druhého okraja, aby vytvoril galvanický kontakt s potrubím. Zodpovedajúci káblový úsek je položený vo vnútri zodpovedajúceho valca. Stredový vodič anténneho kábla je galvanicky spojený so stredovým vodičom zodpovedajúcej káblovej časti. Na obr. 12 je toto spojenie bežne znázornené vo forme mechanického spojenia skrúcaním centrálnych vodičov. V skutočnom usporiadaní je zodpovedajúci káblový úsek prirodzeným pokračovaním vzrušujúceho kábla, na ktorom bol v oblasti štrbiny odstránený plášť a vonkajší vodič. Na zabezpečenie väčšej plochy galvanického kontaktu s potrubím je kábel pripevnený k potrubí pomocou spojok s valcovým otvorom a valcovou plochou priliehajúcou k potrubí. Myšlienka zahrnutia zodpovedajúceho valca do priraďovacieho zariadenia je nasledovná. Vnútorný povrch prispôsobeného valca a vonkajší povrch vonkajšieho vodiča zodpovedajúcej káblovej časti tvoria valcový kondenzátor. (Medzi doskami tohto kondenzátora je dielektrický plášť koaxiálneho kábla). Tento dodatočne vytvorený kondenzátor je zapojený do série s kondenzátorom tvoreným zodpovedajúcim káblovým úsekom. Ako je známe, dva kondenzátory zapojené do série majú kapacitu, ktorá je menšia ako menšia kapacita zapojených kondenzátorov. priekopa Dĺžka prispôsobeného valca by mala byť zvolená tak, aby výsledný kondenzátor mal kapacitu blízku kapacite požadovanej na prispôsobenie. Potom je možné ladenie antény po dohode vykonať zmenou kapacity veľkej veľkosti. To znamená, že ako zodpovedajúcu časť kábla si môžete vybrať relatívne dlhú časť kábla a upraviť ju odrezaním. Ukazuje sa, že odrezané časti kábla budú mať pomerne veľkú dĺžku. Táto okolnosť robí ladenie antény pohodlnejšie. Ryža. 12. Model valcovej štrbinovej antény so zodpovedajúcim valcom a zodpovedajúcou časťou kábla: 1 - rúrka; 2 - zodpovedajúci káblový úsek; 3 - zodpovedajúci valec; 4 - štrbina; 5 - podávač Ryža. 13. Rez A-A párovacieho zariadenia na obr. 12: 1 - zodpovedajúci valec; 2 - plášť kábla; 3 - vonkajší vodič koaxiálneho kábla; 4 - dielektrikum; 5 - centrálny vodič koaxiálneho kábla; 6 - stena potrubia Dĺžka zodpovedajúceho segmentu 32 mm - "- Experiment - Teoretická Dĺžka zodpovedajúceho segmentu 28 mm - Experiment "- Teoretická dĺžka zodpovedajúceho segmentu 26 mm --- Experiment - Teoretické \ V Y\ V\ y\ V\ \\ u V V a \\ v \\ V \\ \ \ \ \\ v k\ V 1 \ L \ \\ \ u \ v y- \ \v \v yU J?" X/ A V J /U // (/ / / // y 300 310 320 330 340 350 360 Frekvencia, MHz Ryža. 14. Závislosť anténneho SWR od frekvencie pri rôznych dĺžkach zodpovedajúceho segmentu Na obr. Obrázok 14 ukazuje vypočítané závislosti SWR od frekvencie pre rôzne hodnoty dĺžky prispôsobeného segmentu s konštantnou dĺžkou a priemerom vyrovnávacieho valca. Elektrodynamický model antény zohľadňuje všetky konštrukčné prvky vrátane spojok. Keď sa dĺžka zodpovedajúceho segmentu zvyšuje, minimálna SWR sa posúva do oblasti nízkej frekvencie. Pri zmene dĺžky prispôsobovacieho segmentu o 4 mm sa rezonančná frekvencia posunie o 2 MHz, t.j. pri zmene dĺžky prispôsobovacieho segmentu o 1 mm sa rezonančná frekvencia posunie o 0,5 MHz. Po zavedení zodpovedajúceho valca do konštrukcie antény sa teda naladenie antény na danú frekvenciu ukazuje ako pohodlnejšie. 4. Diskusia o výsledkoch Uvažovali sme teda o štrbinovej valcovej anténe vyrobenej na kovovej rúre s priemerom oveľa menším ako je vlnová dĺžka. Potrubie má dĺžku väčšiu ako vlnová dĺžka a dĺžka štrbiny má dĺžku menšiu ako jedna vlnová dĺžka vo voľnom priestore, takže štrbina je skrátená z oboch koncov. Vstupná impedancia takejto antény, keď je v strede vybudená koaxiálnym káblom tak, že jej vonkajší vodič má galvanický kontakt s jedným okrajom štrbiny a stredový vodič má galvanický kontakt s druhým okrajom štrbiny, má veľkú indukčnú zložku. V dôsledku toho je anténa zle zladená s podávačom. Posunutím bodu budenia pozdĺž širokého okraja štrbiny nie je možné zladiť anténu s podávačom. Postupným pripojením krátkeho prispôsobeného úseku kábla je možné kompenzovať reaktívnu (indukčnú) zložku vstupnej impedancie antény na jednej frekvencii a dosiahnuť tak ideálne prispôsobenie na jednej pracovnej frekvencii. To však odhaľuje väčšiu kritickosť dĺžky zodpovedajúcej káblovej časti. Zavedenie zodpovedajúceho valca do konštrukcie umožňuje pohodlnejšie naladiť anténu na prevádzkovú frekvenciu. Táto vymoženosť spočíva v tom, že na posunutie rezonančnej frekvencie o určitú hodnotu je potrebné zmeniť dĺžku prispôsobeného kábla o väčšiu hodnotu v porovnaní s hodnotou, ktorá je potrebná pri jeho absencii. Navrhovaný spôsob a zariadenie umožňujú pohodlne zladiť anténu s napájačom, v ktorom je priemer potrubia oveľa menší ako vlnová dĺžka a dĺžka štrbiny je menšia ako vlnová dĺžka. Ako vyplýva zo skúmania grafov na obr. 8-10, 14 v rozsahu prevádzkových frekvencií antény (330...334 MHz) existuje dobrá kvantitatívna zhoda medzi vypočítanými a experimentálnymi výsledkami. Vypočítané a experimentálne závislosti od frekvencie reálnej a imaginárnej časti vstupného odporu a SWR sa navzájom zhodujú s grafickou presnosťou. Mimo prevádzkového rozsahu (pri f< 328 МГц и при f >332 MHz) je badateľný rozdiel vo vypočítaných a experimentálnych výsledkoch. Tento rozdiel možno vysvetliť tým, že anténny kábel sa pri pokusoch prejavuje ako priechodný rezonátor tvorený úsekom prenosového vedenia, úmerne vlnovej dĺžke, zaťaženým jedným koncom na vstupnú impedanciu antény a pri druhý koniec - na odpor vytvorený nehomogenitou v podobe prechodu z jedného typu kábla na druhý typ kábla cez rádiofrekvenčné konektory. Uvedená heterogenita vzniká v dôsledku skutočnosti, že každý z káblov má charakteristickú impedanciu, ktorá sa o určitú hodnotu líši od 50 Ohmov. RF konektory navyše nie sú dokonale zladené. Do výsledkov merania sa vnáša ďalšia chyba, pretože pri kalibrácii zariadenia „0bzor-103“ sa používa dodatočný prechod z konektora RTS na konektor „Expertise“. Rezonančné vlastnosti priechodného rezonátora sa prejavujú vo forme oscilačnej zložky na grafoch závislosti reálnej a imaginárnej časti vstupnej impedancie antény od frekvencie. V blízkosti pracovnej frekvencie, pri ktorej je možné dosiahnuť ideálne prispôsobenie, je eliminovaný vplyv priechodného rezonátora. Záver Teoretické a experimentálne štúdie boli vykonané na troch možnostiach valcovej štrbinovej antény s tromi možnosťami pre budiace zariadenia: So známym budiacim zariadením (bez použitia zodpovedajúcich zariadení); S budiacim zariadením, ktoré používa zariadenia na prispôsobenie antény s napájačom vo forme krátkeho kábla otvoreného na konci; S budiacim zariadením s použitím originálneho prispôsobovacieho zariadenia, ktoré obsahuje zodpovedajúcu časť koaxiálneho kábla a zodpovedajúci valec. Navyše vo všetkých troch možnostiach je priemer potrubia oveľa menší ako vlnová dĺžka a dĺžka antény nepresahuje jednu vlnovú dĺžku vo voľnom priestore. Originálne prispôsobovacie zariadenie poskytuje jednoduché a pohodlné prispôsobenie a naladenie valcovej štrbinovej antény na prevádzkovú frekvenciu. Teoretické a experimentálne výsledky v rozsahu prevádzkovej frekvencie sú v dobrej kvantitatívnej zhode. Práce sa uskutočnili s finančnou podporou Ministerstva školstva a vedy Ruskej federácie v rámci komplexného projektu „Vytvorenie high-tech výroby antén a hardvérových modulov pre dvojfrekvenčný komplex rádiových majákov pre meter. -pásmový pristávací systém vo formáte ILSIII kategórie ICAO pre letiská civilného letectva vrátane letísk s vysokou snehovou pokrývkou a náročným terénom. lokalita" na základe dohody č. 02.G25.31.0046 medzi Ministerstvom školstva a vedy Ruskej federácie a Otvorená akciová spoločnosť „Čeljabinský rozhlasový závod „Polyot“ v spolupráci s hlavným dodávateľom výskumu a vývoja – Federálnou štátnou rozpočtovou vzdelávacou inštitúciou vyššieho odborného vzdelávania „South Ural State University“ (národná výskumná univerzita). Literatúra/Odkazy 1. Britský patent č. 515684. HF Electrical Conductors. 2. Voytovič N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Slotová turniketová anténa. 7. európska konferencia o anténach a šírení (EuCAP - 2013), 8. – 12. apríla 2013, Göteborg, Švédsko, 2013, s. 1208-1212. 3. Antény Alford A. Long Slot. Proc. Národnej konferencie o elektronike, Chicago, IL 3.-5.október 1946, s.143. 4. Kraus J.D. Antény - 1988, vydanie TATA McGRAW-HILL, New Delhi, 1997. 894 s. 5. Voytovič N.I., Klygach D.S., Repin N.N. Slotová turnstyle anténa. 2013 7. európska konferencia o anténach a šírení (EuCAP), IEEE Xplore, s. 1209-1212. 6. Weiland T. A Discretization Method for the Solution of Maxwell's Equations for Six-Component Fields. Electronics and Communication, (AEU), 1977, zväzok 31, strany 116-120. 7. Pimenov A.D. Technická elektrodynamika. M.: Rádio a komunikácia, 2005. 483 s. Klygach Denis Sergejevič, Ph.D. tech. vedy, Štátna univerzita južného Uralu, Čeľabinsk; [chránený e-mailom]. Dumchev Vladimir Anatolyevich, inžinier, Juhouralská štátna univerzita, Čeľabinsk; [chránený e-mailom]. Repin Nikolay Nikolaevich, inžinier, Štátna univerzita južného Uralu, Čeľabinsk; [chránený e-mailom]. Voitovič Nikolaj Ivanovič, doktor inžinierstva. vedy, Štátna univerzita južného Uralu, Čeľabinsk; [chránený e-mailom]. DOI: 10.14529/ctcr150203 ŠTRÁBOVÁ VALCOVÁ ANTÉNA D.S. Klygach, Štátna univerzita južného Uralu, Čeľabinsk, Ruská federácia, [chránený e-mailom], V.A. Dumchev, Juhouralská štátna univerzita, Čeľabinsk, Ruská federácia, vladimir. [chránený e-mailom], N.N. Repin, Štátna univerzita južného Uralu, Čeľabinsk, Ruská federácia, [chránený e-mailom], N.I. Vojtovič, Štátna univerzita južného Uralu, Čeľabinsk, Ruská federácia, [chránený e-mailom] V článku je uvedená štrbinová valcová anténa s originálnym zodpovedajúcim zariadením. Štrbinová valcová anténa je vyrobená v tvare pozdĺžnej štrbiny na základe kovovej rúrky s priemerom oveľa menším ako je vlnová dĺžka. Dĺžka štrbiny je oveľa menšia ako dĺžka vlny voľné miesto. Parametre antény sa zisťujú numerickou metódou v striktnej elektrodynamickej formulácii problému. Na tento účel sa v elektrodynamickom modeli antény berie do úvahy konštrukcia prispôsobovacieho zariadenia. Dosiahnuté teoretické výsledky v šírke pásma antény skúmanej antény demonštrujú dobrú kvantitatívnu zhodu s experimentálnymi výsledkami. Spôsob a pôvodné prispôsobovacie zariadenie navrhované v článku sa vyznačujú jednoduchosťou prispôsobovania antény s napájačom. Kľúčové slová: štrbinová anténa, vzor, šírka pásma, VSWR. BIBLIOGRAFICKÝ POPIS ČLÁNKU ODKAZ NA ČLÁNOK Cylindrická štrbinová anténa / D.S. Klygach, B.A. Dumchev, N.N. Repin, N.I. Voitovič // Bulletin SUSU. Séria „Počítačové technológie, riadenie, rádiová elektronika“. - 2015. - T. 15, č. 2. - s. 21-31. DOI: 10.14529/ctcr150203 Klygach D.S., Dumchev V.A., Repin N.N., Voytovič N.I. Anténa so štrbinovým valcom. Bulletin Štátnej univerzity južného Uralu. Ser. Computer Technologies, Automatic Control, Radio Electronics, 2015, roč. 15, č. 2, str. 21-31. (v ruštine.) DOI: 10.14529/ctcr150203
Načítava...