Баранов С.А. Лекции по антеннам радиосистем
Подождите немного. Документ загружается.
71
(
бортовые
антенны
спутников
связи
).
6)
Рупорно
–
пораболические
.
Имеют
очень
малое
заднее
излучение
и
боковые
лепестки
–
для
радиорелейной
связи
.
Недостаток
–
громоздки
.
7)
Перископические
(
нет
фидерного
тракта
–
меньше
потерь
).
8)
Сферические
зеркала
.
Фронт
приближается
к
плоскому
.
Легко
используется
для
сканирующих
антенн
.
Легче
изготовить
.
плоское
зеркало
2
r
2
r
•
72
8.3 Линзовые антенны
Принцип
действия
основан
на
измерении
фазовой
скорости
в
материале
линзы
по
сравнению
с
окружающим
пространством
.
За
счет
прохождения
фазовым
фронтом
определенного
расстояния
с
измененной
скоростью
происходит
его
выравнивание
и
превращение
в
плоский
.
Если
фазовая
скорость
в
линзе
меньше
,
чем
в
окружающем
пространстве
–
замедляющая
линза
,
если
меньше
–
ускоряющая
.
Профили
линз
:
а
)
замедляющие
ε
υ
==
Ф
с
n
constkntkr =+
для
произведенного
луча
constkntkr =+
для
центрального
луча
из
геометрических
соображений
t
л
– t = rcos
ψ
– f, t
л
– t =(r - f)/ n
kr + knt = kf + knt
л
1cos
1
−
−
=
ψ
n
n
fr это управление профиля линзы – гипербола. Один из
фокусов в точке F
Освещенная поверхность – гиперболоид вращения. Выходная – плоскость.
)1(8
2
−
=
nf
Д
t
л
б
)
ускоряющие
fkntkr
=+
ψ
cos
rfr −=
ψ
cos1
1
n
n
fr
−
−
= -
это
управление
эллипса
с
дальним
фокусом
вточке
F.
ψ
t
л
t
r
0
f
•
F
D
т
.
е
материал
линзы
диэлектрик
t
л
•
•
f
F
r
t
0
F
′
D
ψ
73
Освещенная
поверхность
–
эллипсоид
вращения
.
Выходная
–
плоскость
.
41
1
)1(
1
2
2
2
Д
n
n
f
n
f
t
л
−
−
+
•
+
=
-
толщина
линзы
.
В
случае
параллельно
проводящих
пластин
(
волноводы
шириной
а
и
произвольной
высоты
).
а
с
n
Ф
2
1
λ
υ
−==
< 1
Ускоряющая
линза
–
набор
плоских
пластин
параллельных
Е
.
Линзовые
антенны
чаще
всего
используют
для
корректировки
фазового
фронта
в
рупорных
антеннах
.
Недостатки
:
а
)
громоздкость
;
б
)
замедляющие
линзы
имеют
большой
вес
,
хотя
практически
частотнонезависимы
;
в
)
ускоряющие
линзы
узкополосны
,
т
.
к
.
)(
λ
fn =
,
хотя
сравнительно
легкие
;
г
)
отраженная
от
линзы
волна
влияет
на
облучатель
.
Основной
способ
улучшения
характеристик
линз
–
зонирование
.
9. Антенны ВЧ, СЧ и НЧ диапазонов
9.1
Требования
предъявляемые
к
антеннам
.
Требование
к
антеннам
ВЧ
определяются
особенностями
распространения
радиоволн
этого
диапазона
:
Основной
механизм
распространения
–
пространственной
волной
(
путем
отражения
от
ионосферы
).
Наиболее
эффективны
антенны
с
«
приподнятым
»
на
20
÷
30°
максимумом
ДН
.
Земная
волна
только
в
пределах
прямой
видимости
(30
км
).
a
ионосфера
74
Помехи
в
основном
имеют
вертикальную
поляризацию
,
поэтому
наиболее
целесообразны
антенны
с
горизонтальной
поляризацией
.
В
ионосфере
за
счет
эффекта
Фарадея
происходит
поворот
плоскости
поляризации
,
поэтому
передающая
и
приемная
антенны
не
обязательно
должны
иметь
одинаковые
поляризационные
характеристики
.
Принципиальной
особенностью
является
многолучевость
,
т
.
к
.
при
рефракции
в
неоднородной
ионосфере
в
магнитном
поле
Земли
волна
«
расщепляется
»
на
две
(
обыкновенную
и
необыкновенную
);
параметры
ионосферы
меняются
как
по
вертикали
,
так
и
по
горизонтали
,
имеются
локальные
ионосферные
неоднородности
.
Образуется
набор
лучей
с
разными
фазовыми
скоростями
,
одновременно
приходящими
на
приемную
антенну
,
что
приводит
к
быстрым
замираниям
.
Основные
способы
борьбы
–
разнесенный
прием
,
сужение
ДН
в
вертикальной
плоскости
для
уменьшения
зоны
отражения
,
работа
на
чатотах
близких
к
МПЧ
.
Параметры
ионосферы
сильно
меняется
в
течении
суток
,
года
, 11
летнего
солнечного
цикла
и
т
.
д
.
Антенна
должна
позволять
быстро
переключаться
по
частотам
,
часто
достаточно
разнесенным
.
Существенное
влияние
на
РРВ
и
,
особенно
,
на
формирование
диаграммы
направленности
оказывают
параметры
почвы
ε
2
,
σ
,
которая
в
данном
диапазоне
является
полупроводящей
.
Горизонтальные
антенны
имеют
ДН
с
главным
лепестком
,
направленным
под
углом
к
горизонту
.
Вертикальные
антенны
,
в
свою
очередь
,
имеют
максимум
излучения
«
прижатый
»
к
поверхности
земли
.
Исходя
из
этого
горизонтально
ориентированные
антенны
более
предпочтительны
и
соответственно
имеют
большое
число
разновидностей
и
вариантов
:
а
)
Горизонтальный
проволочный
вибратор
Земля
h
2
⋅
l
изолятор
~
∆
∆
h
d<
λ
/4
)(),(),(
31
θϕθϕθ
fff ⋅=
75
f
3
-
для
горизонтального
вибратора
F
2
(
Ө
).
F
2
(
Ө
)=
)sinsin(2
cossin
cossin
F2
2
2
2
2
2
θ
θεθ
θεθ
khе
j
Ф
≅
−+
−−
=
f
1
(
Ө
)=f
вибр
(
Ө
)
h
≥
λ
/2
При
подъеме
(h
↑
)
лепестки
снижаются
.
В
горизонтальной
плоскости
ДН
такая
же
,
как
у
вибратора
.
Достоинства
:
вибратор
легкий
(
не
нужно
мощных
столбов
).
Недостатки
:
1)
вибратор
очень
узкополосен
,
т
.
к
.
ld
< 0.01 ( l = 5 ÷ 50
м
).
2)
Прием
только
с
двух
направлений
(
вибратор
по
оси
не
излучает
).
б
)
Широкополосные
вибраторы
.
d
nr
dd
ээк
d
l
R
n
Ом
экв
авх
=≈−=≈ 300)1(ln120
ρ
n-
радиус
провода
Они
пересекают
ВЧ
диапазон
в
3 ÷ 4
На
базе
таких
вибраторов
строятся
более
сложные
.
h=
λ
/2
30
°
ƒ
(
θ
1
)
l
2·d
2·
d
Вибратор
Надененко
n=8 - 12
шунт
Шунтовый
вибратор
R
вх
=500
Ом
76
Уголковая
антенна
.
Не
имеет
направленности
в
горизонтальной
плоскости
при
λ
l
= 0,5.
Подвешивается
на
трех
столбах
.
ВГДШ
-2
У
Вибраторная
горизонтальная
с
шунтовым
питанием
,
двойным
углом
.
Перекрывает
ВЧ
диапазон
в
3 ÷ 5
комплектах
(
удовлетворительно
).
Подвешивается
на
трех
столбах
.
СГД
.
Синфазные
горизонтальные
диапазонные
антенные
решетки
.
90º
77
СГ
n
m
РН
.
Синфазная
горизонтальная
, m –
число
этажей
, n –
число
вибраторов
,
РН
–
рефлектор
настроечный
.
Такая
антенна
направленная
,
со
сканированием
.
Разработано
ещё
большое
число
вибраторных
антенн
,
имеющих
различные
частотные
свойства
,
но
в
основном
средней
направленности
.
Наиболее
широкополосны
плоские
проволочные
вибраторы
,
которые
подвешиваются
на
четырёх
столбах
.
КПД
вибраторных
антенн
примерно
95%,
поэтому
можно
использовать
и
на
прием
и
на
передачу
.
в
)
Антенны
бегущей
волны
.
Используется
излучение
бегущей
волны
тока
.
1).
Ромбическая
антенна
.
ДН
провода
с
током
–
воронковидная
.
Составляющие
в
продольном
направлении
складываются
,
в
поперечном
–
вычитаются
.
Регулируется
углом
β
.
λ
53
÷≈l
λ
)15.0(
÷≈h
Подвешиваются
на
четырёх
столбах
.
Волновое
сопротивление
к
углам
ромба
сильно
возрастает
.
Для
компенсации
этого
явления
используют
:
Антенна
используется
как
направленная
для
магистральных
линий
связи
и
для
приема
и
для
передачи
.
Обычно
работает
на
два
направления
(
тандемно
).
2).
Антенна
бегущей
волны
с
элементами
связи
.
R
H
P=600
β
l
∆
≈
30°
3
÷
4
проводника
9,08,0
÷
=
η
78
Чтобы
вибраторы
не
шунтировали
линию
питания
включают
элементы
развязки
:
ёмкости
,
индуктивности
или
сопротивления
.
БЕ
,
БИ
,
БС
–
так
обозначаются
антенны
такого
типа
,
если
емкости
или
сопротивление
–
то
фазовая
скорость
в
линии
уменьшается
,
получается
режим
осевого
излучения
.
Вибраторы
находятся
близко
один
к
другому
и
взаимно
влияют
,
это
необходимо
учитывать
.
Если
индуктивности
,
то
υ
ф
>
с
-
такой
режим
не
используют
(
при
изменении
частоты
будет
наблюдаться
сканирование
).
Емкости
используют
редко
,
так
как
у
емкостей
имеется
ТКЕ
,
т
.
е
.
параметры
антенны
будут
меняться
от
температуры
.
Обычно
используются
БС
L
АНТ
≈
L
ОПТ
≈
90
м
,
∆
θ
≈
10
÷
30°
в
зависимости
от
частоты
в
диапазоне
.
Диапазон
ВЧ
перекрывается
в
2
комплектах
.
Из
-
за
потерь
в
подгрузочном
сопротивлении
и
сопротивлениях
связи
η
≈
20
÷
40%.
Такие
антенны
используют
только
для
приема
.
Поляризация
может
быть
и
вертикальной
(3
столба
).
Используются
и
другие
типы
антенн
,
например
логопериодические
(
ЛПА
),
вертикальные
вибраторы
и
другие
.
9. Требования к антеннам НЧ и СЧ диапазонов. Конструкции
антенн.
НЧ
:
λ
=1000
÷
10000
м
–
километровые
волны
.
СЧ
:
λ
=100
÷
1000
м
–
гектометровые
волны
.
Основной
механизм
распространения
–
земной
волной
.
Поверхность
Земли
можно
считать
проводником
⇒
поляризация
поля
вертикальная
.
Антенны
в
этих
диапазонах
имеют
очень
маленькие
электрические
размеры
,
т
.
е
.
они
близки
к
элементарным
.
В
качестве
передающих
используются
вертикальные
вибраторы
( <<
λ
/4 ).
P=600
e
R=0.7
λ
min
e
e
R
H
79
1).
Входное
сопротивление
маленькое
,
следовательно
трудно
согласовать
с
линией
.
2).
Из
-
за
нуля
тока
на
конце
,
действующая
высота
(
эффективность
работы
)
вибратора
мала
.
Улучшение
в
Г
и
Т
зонтичные
.
Горизонтальная
часть
играет
роль
емкости
и
улучшает
распределение
тока
на
вертикальной
части
.
Токи
текущие
по
поверхности
Земли
компенсируют
излучение
горизонтальной
части
,
т
.
к
.
они
противофазны
.
Излучает
только
вертикальная
часть
.
В
диапазоне
СЧ
вибратор
можно
сделать
близким
к
λ
/4.
Главное
чтобы
антенна
была
антиорединговой
(
не
имела
излучения
под
большими
углами
к
горизонту
).
Для
этого
высота
должна
быть
выше
λ
/4.
Обычно
используют
антенны
– «
башни
»
и
антенны
–
мачты
оттяжки
(3
÷
7
яруса
)
разбиваются
изоляторами
на
элементарные
участки
( <<
λ
/4 ),
чтобы
исключить
их
излучение
.
h
≈
100
÷
500
м
.
Приемные
антенны
–
рамочные
.
изолятор
y
x
z
80
1. Устройства СВЧ
ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
Характеристики
линий
передачи
Линия
передачи
(
ЛП
) –
устройство
,
ограничивающее
область
распространения
электромагнитных
колебаний
и
направляющее
энергию
в
заданном
направлении
.
Регулярная
ЛП
–
поперечное
сечение
постоянно
и
диэлектрическое
заполнение
не
меняется
по
длине
.
Открытая
ЛП
–
нет
замкнутого
охват
электропроводного
контура
в
сечении
.
Закрытая
ЛП
или
волновод
–
есть
охватывающая
проводящая
поверхность
.
Характеристики
линий
передачи
:
массо
-
габаритные
,
весовые
,
стоимостные
,
конструкционные
,
электрические
и
т
.
д
.
Основные
электрические
характеристики
:
а
)
Тип
волны
(
тип
колебания
)
ЛП
чаще
всего
работает
на
одном
,
заранее
выбранном
,
типе
колебания
.
1.
Т
-
волны
:
Е
Z
=0, H
Z
=0,
λ
кр
=
∞
.
Может
существовать
в
многосвязных
ЛП
.
2.
Е
-
волны
:
Е
Z
≠
0, H
Z
=0,
λ
кр
=const=f (
поперечное
сечение
).
3.
Н
-
волны
:
Е
Z
=0, H
Z
≠
0,
λ
кр
=f (
поперечное
сечение
).
4.
Гибридные
волны
•
LE: H
Z
≠
0,
Е
Z
≠
0,
Е
Z
>H
Z
•
L
Н
: H
Z
≠
0,
Е
Z
≠
0, H
Z
>
Е
Z
б
)
Фазовая
скорость
(
дисперсионная
характеристика
):
εµ
c
ф
V = –
для волны Т-типа, дисперсии нет, ε, µ – относительная проницаемость.
εµ
л
λ
л
λ = – длина волны в линии (Т-тип).
2
кр
λ
0
λ
1εµ
с
ф
V
−
= – для Е и Н. Волны только
0
λ
<
кр
λ
, сильная дисперсия
(зависимость V
ф
от частоты)
λ
кр
зависит от размеров и типа линии, вида колебания.
Для прямоугольного волновода основной волной является Н
10
, λ
кр
=2а. Для
гибридных волн λ
кр
рассчитывается по сложным соотношениям V
ф
, λ=f (частота) и
имеют сложный вид.
в) Коэффициент затухания
Z