Проектирование вибраторной антенны, проектирование синфазной антенной решетки

Проектирование синфазной антенной решетки

Антенны в синфазной решетке соединяются между собой и должны работать на согласованную общую нагрузку. Как правило это одинаковые антенны, которые располагают в несколько этажей и несколько рядов. Схема соединения составляется таким образом, чтобы синфазность сигналов, которые поступают от каждой антенны в нагрузку, не нарушалась, потому что при одинаковых фазах данных сигналов они могут быть суммированы.

Процесс проектирования и расчета основных характеристик синфазной антенной решетки состоит из двух основных задач:

1. Внутренняя задача. Решение данной задачи подразумевает определение амплитудно-фазового распределения в антенной решетке при заданных источниках, которые необходимы для ее возбуждения (питания).
2. Внешняя задача. Решение данной задачи подразумевает определение характеристик направленности антенны при условии, что известно амплитудно-фазовое распределение полей (токов) по составляющим антенной решетки. Считается, что такое распределение становится известным в результате решения внутренней задачи, посредством подбора сторонних источников питания (возбуждения). Решение внутренней задачи может быть проведено в общем виде для различных типов синфазных решеток и последующим установлением характеристики направленности. Поле излучения антенной синфазной решетки является результатом интерференции полей отдельных излучателей. Именно по этой причине определяется отдельно поле каждого излучателя в рассматриваемой точке пространства, а затем сумма полей всех излучателей, и при этом учитываются поляризация полей, а также фазовые и амплитудные соотношения.

Расчет диаграммы направленности синфазной антенной решетки можно проводить следующим образом:

1. Определяется фазовая и амплитудная диаграммы излучения отдельных элементов антенны.
2. Находится центр каждого излучателя (слабонаправленной антенны). Их располагают в фазовых центрах реальных излучателей. Каждому из них приписывается равномерные фазовая и амплитудная направленности реального излучателя - в этом случае точечный излучатель будет эквивалентен реальному по внешнему действию.
3. Вычисляются фазы и амплитуды полей, которые создаются эквивалентными точечными излучателями в произвольной точке пространства (по отдельности). Поле должно рассматриваться на большом расстоянии от точки наблюдения до каждого излучателя. Расчет фаз осуществляется с учетом разницы расстояния до каждого из них. При определении разницы в расстояниях для упрощения считается, что направления в точку наблюдения параллельны для всех излучателей. При расчете фаз определяются фазы по отношению к фазе произвольного излучателя, которая принимается за начальную.
4. Определяются фаза и амплитуда всей антенной решетки посредством суммирования полей всех излучателей, входящих в ее состав, при этом учитываются поляризация полей, а также фазовые и амплитудные соотношения.

Проектирование вибраторной антенны

Вибраторные антенны представляют собой электрический прямолинейный проводник малой длины (по сравнению с длиной электромагнитной волны), по которому протекает переменный электрический ток. Сейчас вибраторные антенны используются в диапазоне от километровых до дециметровых волн и, как правило, входят в состав системы радиотехнического обеспечения полетов или связной радиостанции. К основным характеристикам и параметрам вибраторных антенн относятся: эффективная площадь антенны, сопротивление излучения, высота действия, полное активное сопротивление антенны, а также коэффициенты усиления по мощности, полезного действия и направленного действия.

Обычно эффективная площадь антенны используется при проектировании и расчете характеристик многовибраторных сложных антенн. У принимающих антенн коэффициент направленного действия и эффективная площадь связаны следующим выражением:

$D = 4*п*(Аэфф/л)$

где: п = 3,14; Аэфф - эффективная площадь антенны; л - длина электромагнитной волны.

Мощность сигнала входе приемника, который согласовывается с антенной может быть рассчитана по формуле:

$Ра = (Е*Аэфф)/120$

где Е - напряженность электрического поля

После расчета вышеперечисленных параметров вибраторной антенны строится ее диаграмма направленности. Ширина данной диаграммы представляет собой угол, в пределах которого электродвижущая сила антенны не опускается ниже 70 % от своего максимального значения. Коэффициент полезного действия антенны рассчитывается следующим образом:

$n = Pсн/Рэв$

где: Рсн - мощность, которая снимается с антенны; Рэв - мощность, которую электромагнитная волна получает от вибраторной антенны.

Проектирование заканчивается расчетом коэффициента усиления антенны и сопротивления излучения. Методика расчета и порядок проектирования вибраторной антенны могут несколько изменяться, что зависит от условий эксплуатации, типа вибраора, технических характеристик и т.п.