1.2 Заземлення антени
1.3 Навантаження антени
3. Конструктивне виконання антени
У цій роботі був проведений розрахунок характеристик антени біжучої хвилі (антени Бевереджа) використовуваної в КВ діапазоні. За заданими вихідними даними була розрахована діаграма спрямованості, розраховані коефіцієнт посилення і коефіцієнт спрямованої дії.
Антена виступає в ролі проміжної ланки між радіоприладів - приймачем або передавачем - і навколишнім середовищем простором, будучи свого роду перетворювачем електромагнітної енергії, її трансформатором. Передавальна антена, що живиться енергією радіопередавача, збуджує в просторі електромагнітне поле, що несе сигнал. Незначну частину енергії поля вловлює приймальня антена, створюючи на вході радіоприймача ЕРС, достатню для відтворення сигналу.
У слід за першими кроками радіотехніки, коли використовувалися іскрові і дугові генератори, завданням радіозв'язку були підпорядковані довгі і середні, а потім і короткі хвилі. За цей час сформувалися всі типи дротяних антен. Антени довгих і середніх хвиль за своїми розмірами завжди менше довжини хвилі. Освоєння ж коротких хвиль означало якісний стрибок в антеною техніці, так як з'явилася можливість побудови антен, які значно перевищують довжину хвилі. Однією з таких антен стала одно провідна антена біжучої хвилі.
Однопровідна антена біжучої хвилі (антена Бевереджа) широко використовується в професійного радіозв'язку і в країнах колишнього СРСР і за кордоном. Однопровідна антена може працювати без перебудови у всіх аматорських діапазонах при мінімальних витратах на її виготовлення і не потребує налаштування при зміні діапазонів роботи.
Однопровідна антена біжучої хвилі (рис.1) являє собою довгий провід, підвішений порівняно не високо над землею і навантажена на одному кінці активним опором, рівним хвильовому опору дроти. А інший кінець цього проводу підключається до виходу трансформатора, що має вихідний опір, рівне хвильовому опору дроти. До виходу трансформатора підключають фідер, що з'єднує антену з приймачем.
Рис.1 - Однопровідна антена біжучої хвилі
Електрорушійна сила в проводі антени створюється горизонтальної складової вектора напруженості поля Е падаючої хвилі. У разі поверхневого променя ця складова пов'язана з втратами в землі. Її значення дорівнює нулю при ідеальної грунті і збільшується зі зменшенням провідності грунту. Якщо в точку прийому приходить просторовий промінь, то горизонтальна складова вектора Е визначається кутом приходу променя. Очевидно, що у вертикальній площині, що збігається з площиною розміщуйте шнур, антена приймає тільки паралельно поляризаційне поле. В інших напрямках антена приймає як паралельно, так і нормально-поляризоване поле.
Чим довше полотно антени, тим вище її коефіцієнт посилення. Антена Бевереджа приймає вертикально поляризовану хвилю, що падає на неї під невеликим кутом. Такі характеристики мають поверхнева хвиля, яка перебуває в межах видимості, радіостанції та хвиля далекого радіостанції, відображена від іоносфери під малим кутом.
У горизонтальній площині максимум прийому лежить в напрямку, паралельному полотну антени. При перпендикулярному падінні електромагнітна хвиля просто нічого не наведе в антені, а при падінні під кутом, внаслідок складання наведених в антені з різними фазами напруг, останні будуть компенсувати один одного.
Рис.2 - Д.Н. однопровідною антени
Д.Н. антени Бевереджа є вузький промінь в горизонтальній і вертикальній площинах, спрямований в бік навантаження (рис.2). При значному перевищенні довжини полотна антени над довжиною хвилі відбувається дроблення Д.Н. на пелюстки. Чим менше задній пелюстка Д.Н. тим краще узгоджена антена з навантаженням.
Робота реальної антени біжучої хвилі багато в чому залежить від якості "землі". Найкраще прокласти кілька "земляних" проводів від навантаження до генератора.
Рис.3 - Схема підключення "земляних" проводів
При використанні АБВ як приймальні антени можна використовувати тільки один "земляний" дріт. Іноді на прийомних центрах замість "земляного" проводу використовують 10.15 противаг довжиною близько 10 м, розташованих на кінці навантаження і трансформатора і закопаних на глибину 20-30 см (рис.3). У деяких випадках зростає шум антени за рахунок того, що в неї включаються ділянки землі, які можуть служити джерелом шуму. Зазвичай конкретне джерело шуму визначити дуже важко. Він може виникати за рахунок струмів, що протікають в земній корі, може бути обумовлений дією промислових факторів (повітряні ЛЕП, підземні лінії електропередач і т.д.).
Приблизно від 30 до 50 відсотків потужності передавача розсіюється на навантаженні, тому вкрай важливо, щоб резистор навантаження був безіндукціонним.
однопроводная антена хвиля, що біжить
При конструюванні передавальних антен Бевереджа можна використовувати резистори типу МЛТ, з'єднані в паралель. Конструктивно вони розташовуються кільцем. Для захисту такого навантаження від атмосферних впливів її фарбують міцним лаком. Бажано виключити пряме попадання на неї дощу, розміщуючи її під який-небудь кришкою. Зазвичай для антени Бевереджа використовують навантаження близько 300.600 Ом. Точно встановити хвильовий опір антени важко, на практиці це можна зробити лише зміною навантаження і виміром при цьому КСВ антени.
Скорочено антена біжучої хвилі позначається як
, де L - довжина антени в м. h - висота антени над землею в м. В даному випадку
. Амплітудна ДН в горизонтальній площині описується виразом [1]:
де к = 2π / # 955; - хвильове число, # 955; - довжина хвилі в м, # 958; - коефіцієнт уповільнення в лінії. Вид ДН одно провідна антена біжучої хвилі в горизонтальній площині, при значеннях # 955; рівних 10 м і 100 м представлені на рис.4 і 5.
Рис.4 - Д.Н. в горизонтальній площині при # 955; = 10м
Рис.5 - Д.Н. в горизонтальній площині при # 955; = 100 м
Осьове випромінювання антени можливо тільки при # 958; ≥1. # 958; - оптимальна знаходиться з формули:
Розрахуємо оптимальне значення # 958; за формулою (2) воно дорівнює 1,05.
Запишемо також вираз кутовий ширини по половинній потужності:
з формули (3) дорівнює 34 0
Наближений розрахунок ДН у вертикальній площині можна провести виходячи з [2]:
постійна поширення хвилі по дроту, кут
- відраховується від вертикальній площині в якій лежить провід, # 8710; - кут відраховується від горизонтальної площини. Вид ДН у вертикальній площині представлений на рис.6.
Рис.6 - Д.Н. у вертикальній площині
Розрахуємо опір випромінювання антени (в Омах) для # 955; = 10 по формулі (4):
ККД розраховуємо за формулою (5):
де Rн - опір навантажувального резистора на кінці антени, рівне 300 Ом.
КНД антени розраховується за формулою (6):
Коефіцієнт посилення розраховується за формулою (7):
Антени біжучої хвилі виконується з біноміального дроту діаметром 3 мм ГОСТ 3822-79. Висота підвісу антени 2м. Так як зазвичай антена працює в широкому діапазоні довжин хвиль, доцільно вибрати поглинає опір рівним хвильовому опору антени на середньої хвилі. В даному випадку вибираємо поглинає опір МЛТ-2 300 Ом.
Антена зазвичай підвішується на дерев'яних, азбестоцементних або склопластикових опорах. В даному випадку встановлюємо антену на дерев'яних опорах. Заземлення поглинає опору і перехідного трансформатора виконується з 10 радіально розходяться мідних проводів довжиною 10 м. Укладаються на глибині 30см. Так як антени біжучої хвилі є не симетричною, то використовуємо коаксіальний несиметричний фідер з малим загасанням. В цьому випадку фідер з'єднується з антеною через перехідною трансформатор 300 × 50 (рис.7).
Малюнок 7 - Трансформатор
У трансформаторі використаний сердечник М1000 НМ, провід ПЕВ діаметром 0,41 мм. Число витків першої обмотки n1 = 10, число витків другої обмотки n2 = 20.
Креслення конструкції однопровідною антени біжучої хвилі дано при застосуванні.
В даному курсовому проекті була сконструйована і розрахована одно провідна антена біжучої хвилі. Антена працює в діапазоні від 2 до 8 МГц. Має довжину проводу 200 м і висоту підвісу 2 м. Має коефіцієнтом посилення 35 на частоті 30 МГц, на частоті 15 МГц коефіцієнт посилення дорівнює 15. Значення кутовий ширини по половинній потужності дорівнює 34 0 на частоті 30 МГц.
2) Короткохвильові антени. Айзенберг Г.З. - 2-е вид. - М. Радіо і зв'язок, 1985.
3) Антени. Нікольський В.В. - М. Зв'язок, 1966.