Синфазная горизонтальная антенна

3.33. Описать схему и конструкцию синфазной горизонтальной (СГ) антенны.

3.34. Какого порядка рабочий диапазон СГ-антенн? Чем объясняется узкая полоса СГ-антенн?

3.35. Определить среднее значение сопротивления излучения R_∑1,приходящегося наодин вибратор антенны СГ Р, если R_∑A = 1117 Ом.Почему каждое из этих сопротивлений больше, чем для одиночного вибратора?

Решение. Для антенны СГ Р, где п –число этажей, р – число вибраторов в этаже, а Р − указывает на наличие рефлектора в этаже, среднее значение сопротивления излучения одного вибратора R_∑1в пр раз меньше сопротивления излучения R_∑A всей антенны. В данном случае (СГ Р, R_∑A = 1117 Ом) имеем

 Ом.

Поскольку питание антенн СГ производится в пучности напряжения вибратора, то можно рассматривать эту антенну как совокупность волновых вибраторов, каждый из которых образован двумя полуволновыми вибраторами одного этажа с общей линией питания. Одиночный волновой вибратор имеет R_∑п = 200 Ом, т.е. меньше, чем приходится на один волновой вибратор данной антенны (2 R_∑1 = 2 139 = 278 Ом). Причина этого − внесение сопротивления в каждый вибратор рефлектором, другими вибраторами, собственно антенны и землей.

3.36. Определить входное сопротивление антенн СГ Р (R_∑A = 1117 Ом) и СГ Р(R_∑A = 2300 Ом), полагая, что волновое сопротивление одного вибратора  = 1000 Ом.

Ответ. R_вх = 895 Ом для СГ Р; R_вх = 435 Ом для СГ Р.

3.37. Рассчитать коэффициент стоячей волны (КСВ) на всех участках фидеров, питающих антенну СГ Р (рис. 3.5), при условии, что волновое сопротивление фидера Z_в.ф, = 600 Ом, а волновое сопротивление вибраторов  = 1000 Ом. Сопротивление излучения всей антенны R _{∑ A} = 4359 Ом.

Рис. 3.5

Решение. На уровне верхнего первого этажа (1 эт.) входное сопротивление волнового вибратора, подключенного к линии питания одной секции 9,равно

 Ом,

Где  – сопротивление излучения, отнесенное к пучности тока одного волнового вибратора.

Ниже этажом (2 эт.) входное сопротивление  Ом.

Еще ниже этажом (3 эт.) входное сопротивление  Ом.

На нижнем этаже (4 эт.) антенны входное сопротивление  Ом.

К точкам 1-2 подключаются параллельно две секции, а потому входное сопротивление на них  Ом.

К точкам 5-6 подключаются параллельно два равных сопротивления  и , следовательно,  Ом.

Теперь определяем коэффициенты стоячих волн на участках фидеров между 1 -м и 2 -м этажами, 2 -м и 3 -мэтажами и т. д.

;

; ;

; ;

.

3.38. Определить КСВ на всех участках фидеров, питающих антенну СГ Р (R_∑А = 1117 Ом), при условии, что волновое сопротивление фидера Z_в.ф = 600 Ом, а волновое сопротивление вибраторов Z_в.a = 1000 Ом.

Ответ. Коэффициент стоячей волны в фидере, начиная от верхнего этажа и кончая главным фидером, принимает значения 6; 3; 1,5; 1,6.

3.39. Мощность, излучаемая антенной СГ Р, равна 10 кВт. Определить амплитуды токов и напряжений вибраторов в пучностях, полагая, что волновое сопротивление вибратора равно 1000 Ом.

Решение.

1. Определяем среднюю мощность, излучаемую одним вибратором:

 кВт.

2. Среднее значение сопротивления излучения одного вибратора

 Ом.

Амплитуда напряжение вибратора в пучности

 В=4,3 кВ.

3.40. Амплитуда напряжения в пучности одного вибратора антенны СГ Р равна 2 кВ. Определить мощность, излучаемую антенной, полагая, что волновое сопротивление вибратора 1000 Ом. Сопротивление излучения антенны R_∑A = 4359 Ом.

Ответ. Р_∑А = 8,7 кВт.

3.41. Описать синфазную диапазонную антенну. Какие средства применяются для расширения диапазона частот синфазных вибраторных антенн?

Ромбические антенны

3.42. Описать схему простой ромбической антенны.

3.43. Почему провод, обтекаемый бегущей волной тока, создает однонаправленное излучение, а провод со стоячей волной тока излучает и в обратном направлении?

3.44. Описать конструктивное выполнение простой ромбической антенны.

3.45. Расшифровать следующие обозначения: РГ 1; РГ 0,5; РГД 1,25.

3.57. Определить оптимальные углы ромба при длине каждой стороны его l = 2λ; Зλ,; 4λ,; 5λ, 6λ.; 8λ,; 10λ.

Решение. Максимум излучения провода, обтекаемого бегущей волной тока, направлен под углом, косинус которого . Острый угол ромба равен 2 φ _тах, а тупой угол 2 γ = 180^° – 2 φ _тах.

Таблица 3.2

Длина провода	2λ	3λ	4λ	5λ	6λ	8λ	10λ
φ ° тах	41,4	33,5	28,9	25,8	23,6	20,6	18,2
Острый угол 2 φ ° тах	82,8	67	57,8	51,6	47,2	41,2	36,4
Тупой угол 2 γ ° = 180° – 2 φ ° тах	97,2	113	122,2	128,4	132,8	138,8	143,6

 

Как видно из расчета при изменении длины волны l > 4λ, получается весьма незначительное изменение углов ромба, что сохраняет неизменным направление максимального излучения и приема, которое совпадает с главной диагональю ромба. В этом одна из причин хороших диапазонных свойств ромбической антенны. Заметим, что если учесть затухание волн в проводе, то углы φ _тах окажутся несколько меньше, а углы γ – соответственно больше.

3.46. Определить высоту h ромбической антенны в длинах волн при оптимальном угле наклона луча δ = 15°.

Ответ. h  λ₀.

3.47. Выбрать стандартную ромбическую антенну для связи на расстоянии 2000 км.

Решение. Сначала определяем высоту антенны. Так как при связи более чем на 1500 км оптимальный угол наклона луча к земной поверхности равен δ_опт = 15^°, то h = λ ₀(см. задачу 3.46).

Затем находим длину провода ромба l. Чем больше эта длина, тем меньше сказывается изменение длины волны на направлении максимального излучения антенны и тем уже главный лепесток ДН. Вместе с тем уменьшается угол наклона луча в вертикальной плоскости, поскольку каждый провод ромба служит осью, относительно которой ориентируется ДН всей антенны. Поэтому имеется определенная зависимость между наиболее выгодными значениями угла наклона луча в вертикальной плоскости δ_опт и половиной тупого угла ромба γ, а именно γ = 90^° – δ_опт = 90 – 15 = 75^°.

Этому углу согласно табл. 3.2 соответствует длина l > 10 λ₀. Если учесть затухание в проводе, то углу γ = 75° соответствует длина провода l > 7,5 λ ₀, но при такой величине l антенна окажется чрезмерно громоздкой. Поэтому предпочитают устанавливать длину l = 4 λ ₀, которой соответствует угол γ = 65^°. В данном случае целесообразно использовать антенну Р 1 с параметрами (γ = 65^°, l = 4 λ₀, h = λ ₀).

3.48. Определить высоту h ромбической антенны в длинах волн при оптимальном угле наклона луча δ = 15°.

Ответ. h   λ ₀.

3.49. Определить высоту h ромбической антенны в длинах волн при оптимальном угле наклона луча δ = 30°

Ответ, h  0,5 λ ₀.

3.50. Описать двойную ромбическую антенну и отметить преимущества ее перед простой ромбической антенной.

Антенна бегущей волны

3.51. Описать конструкцию и обозначение КВ-антенны бегущей волны.

3.52. Описать принцип действия антенны бегущей волны (АБВ).

3.53. Описать влияние элементов связи на характеристики АБВ.

3.54. Определить фазовую скорость V _ф, которую целесообразно установить в линии АБВ, имеющей длину 91,2 м и работающей в диапазоне волн λ = 14–25 м.

Решение. Коэффициент замедления волны, при котором получается максимальный коэффициент усиления антенны, определяется по формуле

.

Подставляем в эту формулу l _А = 91,2 м и λ = λ_min = 14 м (наибольшее замедление получается при минимальной длине волны). Этому соответствует фазовая скорость в линии

 м/с.

3.55. При какой фазовой скорости в собирательной линии АБВ имеет максимальный коэффициент усиления, если длина собирательной линии равна 100 м, а длина волны 25 м?

Ответ. V _ф, = 2,667 10⁸ м/с.

3.56. Рассчитать фазовую скорость волн в собирательной линии антенны бегущей волны Б  полагая, что волновое сопротивление линии при отключенных вибраторах равно 600 Ом.

Решение. Погонная емкость собирательной линии антенны (без вибраторов) определяется исходя из того, что волновое сопротивление этой линии Z_в.л = 600 Ом, а скорость распространения волн в ней С = 3 10⁸ м/с:

; ,

откуда

 Ф/м.

За счет конденсаторов связи, емкость которых согласно наименованию антенны равна С_к = 4,4 пФ, погонная емкость собирательной линии увеличивается. Поскольку через участок линии, равный 2,4 м, эти конденсаторы соединяются попарно последовательно, то дополнительная погонная емкость

 Ф/м.

Если пренебречь шунтирующим действием вибраторов, то фазовая скорость в линии выразится формулой

,

а коэффициент замедления волн в линии

Фазовая скорость волн в линии антенны

 м/с.