3 Выбор геометрических размеров

В данной работе мы будем использовать антенну с полуволновыми вибраторами, так как она больше подходит для телеканала с нашей частотой. Для выбранной антенны определим размеры элементов панели. Все размеры зависят от частоты, на которой будет работать антенна, берётся средняя частота полосы λ = 1.4285 м.

Длина одного плеча вибратора берётся примерно L_плеча = 0.24λ, т.е. получим L_плеча = 0.343 м. Плечё выполняется из стальных полос, у которых начальные участки выполнены в виде конусов, концы вибраторов закруглены. Расстояние между вибраторами d_э = 0.5λ = 0.714 м. Расстояние между вибраторами и апериодическим рефлекторам выбирается в пределах d_р = 0.2-0.35λ. Оно должно быть, для создания равномерной круговой диаграммы в горизонтальной плоскости, как можно меньше. Возьмём минимальное d_р = 0.2λ = 0.286 м. Диаметр вибратора возьмем равным d_в=0.071 м.

R – расстояние от фазового центра панели до геометрического центра, вокруг которого расположены панели. Для его определения необходимо знать горизонтальную длину рефлектора панели, она должна быть не мене чем 0.6λ. Также она зависит от сечения опорной мачты, которая 1.75*1.75 м.². Возьмём длину рефлектора равную стороне мачты 1.75 м., т.е. примерно 1.226λ. Тогда R = 0.713λ+0.1 = 1.118 м.

Симметричная двухпроводная линия выполняется из труб диаметром 20 мм и длиной равной средней длине волны (l = 1.428 м.) замкнутая на концах, является согласующим устройством. Симметрирующее устройство выполнено в виде согнутой четверть волновой приставки. Сопротивление двухпроводной линии подбирается примерно 150 Ом.

Для формирования узкого лепестка в вертикальной плоскости ДН необходим большой размах, т.е. много этажей, также для необходимого коэффициента усиления не менее G = 10 дБ нужно много этажей. В источнике 2 приведена таблица зависимости коэффициента усиления от количества этажей для панельной полуволновой антенны. По её данным строим график.

Из графика видно, что для условий нашей задачи, предпочтительней будет взять n = 20 этажей.

5 Расчет диаграммы направленности в е и н плоскостях, расчет кнд и коэффициента усиления

Диаграмма направленности считается в двух плоскостях – в горизонтальной и вертикальной. В горизонтальной плоскости ДН формируется только одним этажом панелей, но учитывается влияние двух взаимно ортогональных панелей от 0 до 90 градусов.

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости:

где d = 0.2λ = 0.286 м. - расстояние между вибраторами и апериодическим рефлектором.

k = 2π/λ = 4.4 рад/м.

Результирующее поле определяется как:

где - сдвиг по фазе фазе (пространственный без сдвига по питанию), определяется как

R = 1.118 м. - расстояние от фазового центра панели до геометрического центра.

Рисунок 7

ДН в вертикальной плоскости формируется всеми этажами антенны. ДН в вертикальной плоскости определяется по формуле (8)

(8)

где b = 0.5λ = 0.714 м. - расстояние между вибраторами.

Для хорошей передачи необходимо главный лепесток немного прижать к земле на 1-2⁰. Для наклона направления максимального излучения под углом D_м = 2⁰ к горизонту необходим сдвиг фаз за счёт питания панелей:

DΦ = k D sin (D_м)

где D = 0.5λ = 0.714 м. – расстояние между этажами. Тогда DΦ = 6.3⁰ = 0.11 рад

С этой поправкой определяем ДН:

(9)

Получившаяся диаграмма направленности представлена на рисунке 8. в декартовых координатах.

Рисунок 8.

На практике же обычно переменно питают только два верхних этажа, что приводит к размыванию боковых лепестков и нормальному приёму даже в районе установки передающей антенны.

Коэффициент направленного действия определяется как

(10)

Отсюда D = 20.656 = 13.15 дБ.

КПД антенны принимается примерно равный 1.

Тогда коэффициент усиления в диапазоне СВЧ принимают

G = D η = D = 13.15 дБ

На практике же G меньше чем D, коэффициент усиления примерно Равен G = D/1.6 = 12.595 = 11.002 дБ, что больше требуемого 10 дБ.