Директорная антенна. Моделирование директорной антенны
Директорная антенна – это антенна, которая состоит из расположенных вдоль линии излучения параллельно друг другу одного активного и нескольких пассивных вибраторов.
Директорная антенна относится к антеннам бегущей волны. Пример схемы директорной антенны изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема директорной антенны. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Здесь: 1 - траверса; 2 - директор; 3 - активный элемент; 4 - рефлектор.
Как правило, используется один рефлектор, а количество директоров может достигать нескольких десятков. Длина активного вибратора около половины от длины волны, рефлектора чуть больше половины длины волны, длина директора не превышает половину длины волны. Расстояние между активным вибратором и рефлектором около четверти длины волны. Излучение директорной антенны может рассматриваться, как сумма излучений вибраторов, из которых она состоит. Ток, который наводится излучением активного вибратора в рефлекторе, наводит и напряжение. Для рефлектора напряжение отстает по фазе от напряжения в активном вибраторе на 270 градусов. В результате излучение рефлектора и активного вибратора в направлении рефлектора складывается в противофазе, а активного вибратора в направлении фазы, что является причиной усиления изучения в направлении активного вибратора примерно в два раза. Таким же образом работают директоры, но из-за емкостного характера их сопротивления (из-за меньшей длины) излучение усиливается в сторону директоров. Каждый дополнительный рефлектор либо директор увеличивают усиление, но меньше, чем предыдущие.
Директорные антенны используются как приемные телевизионные, а также в качестве передающих и приемных антенн в составе системы беспроводной передачи данных. Они получили широкое распространение благодаря высокому усилению, хорошей направленности, небольшой массе и т.п.
Для моделирования директорной антенны частот используется специальная программа MMANA. В состав данной программы входит графический редактор, который позволяет нарисовать произвольный проводник, описать провод (задать размеры), смоделировать пассивные вибраторы (задать размеры, на основе результатов предварительных расчетов), установить источники питания и нагрузку. После этого программа производит все необходимые расчеты, согласно смоделированным элементам и их характеристикам. После расчетов получают диаграмму направленности, по которой подбирают оптимальные значения длины рефлекторов и директоров, а также расстояние между ними.
Диаграмма направленности – это графическое выражение зависимости коэффициента усиления антенны от направления антенны в заданной плоскости.
Разработка и исследование директорной антенны
Очень часто директорная антенна рассматривается, как массив, потому что состоит из нескольких элементов. Однако, в данной антенне активный элемент только один, а остальные (рефлектор и директор) являются паразитными, поэтому они рассматриваются, как составляющие антенны. Рассмотрим антенну, представленную на рисунке ниже.
Рисунок 2. Директорная антенна. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Разработка и исследование директорной антенны свод ятся к следующему:
- Продольные размеры первых элементов изменяются от длинного к короткому и связаны логарифмически. У некоторых моделей продольные размеры нескольких элементов могут быть одинаковы.
- Активным элементом определяется поляризация и центральная частота антенны. Если используется полуволновой диполь, то его рекомендуемая длина около 0,475л (л-длина волны).
- Рефлектором перенаправляется излученная энергия в сторону активного элемента. Длина рефлектора приблизительно на 5 процентов больше, чем размера активного, а у сопротивления индуктивный характер. Установлено, что добавление большего количество рефлекторов не приводит к значительному улучшению, поэтому обычно он один. Самое оптимальное расстояние между рефлектором и активным элементом находится в диапазоне от 0,1л до 0,25л.
- Директором направляется энергия в сторону, противоположную рефлектору и активному элементу. Его сопротивление носит емкостный характер. Число директоров определяет максимальную направленности и усиление директорной антенны. При увеличении числа директоров до 12 эффект на направленность антенны снижается, как и входное сопротивление.
- Поперечный размер составляющих антенны, диаметр трубок или ширина полос, находятся в диапазоне от 0,01л до 0,001л. Поперечный размер оказывает значительное влияние на входное сопротивление антенны.
Регулируя расстояние между составляющими директорной антенны и изменяя их размеры, можно управлять формой и шириной образца излучения антенны, а также полосой пропускания. Полное излучение формируется благодаря направленному усилению, отношение усиления в направлении приема к усилению в противоположном направлении, нежелательному эффекту боковых лепестков и ширине луча.
