Выбор материала диэлектрика

Для изготовления излучателя выберем полистирол, параметры которого имеют следующие значения:

Диэлектрическая проницаемость;

Тангенс диэлектрических потерь.

Определение диаметра стержня

Чтобы обеспечить преобразование большей части энергии в поверхностную волну, стержень у возбудителя делают толстым, а затем плавно уменьшают, чтобы приблизить фазовую скорость х ф к скорости света. Рекомендуется выполнять стержни диаметром:

При МГц м, значит:

Расчет коэффициента замедления

По выбранному значению () и по графику из методической литературы (2, стр 41) находим коэффициент замедления, он равен:

При 0.83 1.205

Расчет длины стержня антенны

Длина диэлектрического стержня выбирается исходя из заданной ширины диаграммы направленности антенны.

При =40…45 соответственно L1.588…1.255 м.

С другой стороны, максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной

Отсюда L=1.723м.

Из этих выражений выбираем оптимальную длину стержня: L м

Расчет КНД антенны

Коэффициент направленного действия определяется по формуле:

Расчет диаграмм направленности

При расчете диаграммы направленности конической диэлектрической антенны используют выражения для расчёта диаграммы направленности цилиндрической антенны среднего диаметра, при этом предполагается, что волной в стержне, бегущей с постоянным замедлением вдоль его длины и отражением от конца стержня пренебрегают, тогда выражение для расчета диаграммы направленности получается как у линейной антенны с непрерывным распределением излучающих элементов, в которых распределение токов по длине соответствует закону бегущей волны.

где - волновое число, - угол между осью антенны и направлением в точку наблюдения.

Рис 2.

Рис 3.

диэлектрической стержневой антенны в полярной системе координат

диэлектрический антенна стержень

Расчет согласующего устройства

Для передачи с наименьшими потерями энергии в коаксиальном кабеле, следует создать режим бегущей волны. Чтобы получить режим бегущей волны, надо обеспечить равенство нагрузочного сопротивления и волнового сопротивления линии т.е. согласовать линию с нагрузкой. Однако такое согласование, при котором коэффициент бегущей волны (КБВ = 1) получить трудно. Практически уже хорошо, если КБВ = 0,8 ч 0,9. При этом ухудшение работы линии незначительно.

Для согласования волнового сопротивления коаксиального кабеля W ф с входным сопротивлением антенны необходимо найти нужную величину действующей высоты возбудителя (штыря) h д, при которой R вх =W.

Расстояние от закорачивающей стенки до оси штыря z 1 , выбирается равным в /4, где в - длина волны в волноводе с волной Н 11 при наличии диэлектрика

а волновое сопротивление круглого волновода, заполненного диэлектриком для волны H 11 , равно

417.034 Ом, отсюда 0.781 м и z1 0.195 м

Тогда действующая высота штыря может быть найдена из выражения:

Возьмем для расчета коаксиальный кабель с внешним проводником из круглых проволок в ПЭ оболочке РК 50-33-17 с максимально допустимой мощностью на частотах 100 МГц и 1 ГГц 5 кВт и 0.9 кВт соответственно. Его волновое сопротивления 50 Ом, то 0.059 м

Геометрическая высота находится из соотношения:

Длина круглого волновода от вибратора до его раскрыва z 2 выбирается из условий обеспечения необходимого затухания высших типов волн. Обычно считают, что ослабление поля ближайшей высшей волны Е 01 должно быть не менее 10…20 дБ (100 раз по мощности). Если принять величину ослабления равную 20 дБ, тогда

При расчетах оказалось, что под корнем отрицательное число, это означает, что волна находится в докритическом режиме и не затухает. В этом случае надо исключить возможность ее возбуждения, для этого длину возбудителя примем 0.75 0.206. При этом закритическое затухание необходимо обеспечить для следующей волны высшего типа с, тогда м

Для согласования излучателя с питающим фидером следует применить четвертьволновый согласующий трансформатор с волновым сопротивлением равным

Расчет максимального напряжения в питающем фидере

При выборе коаксиального кабеля следует учесть не только коэффициент затухания на максимальной рабочей частоте, но и на надёжность его на электрический пробой. С этой целью производится его проверка по допустимости максимального рабочего напряжения с максимально допустимым напряжением для данной марки кабеля.

Для проверки надежности работы с точки зрения электрического пробоя коаксиального кабеля определим

КБВ можно принять равным (0.5…0.7), примем КБВ = 0.5, тогда

Напряжение короны коаксиального кабеля РК 50-33-17 кВ, то 4250 В, значит условие выполняется.

Расчет КПД фидерной линии

Длина фидерной линии выбирается из конструктивных соображений (10…100 м), примем l = 10 м

Коэффициент затухания фидера, дБ/м, находится из справочных значений

где 0.03 дБ на частоте 100 МГц, значит 0.062 дБ/м.

Значение коэффициента затухания подставляются в Нп/м из формулы

значит = 0.007

Модуль коэффициента отражения от конца цилиндрического стержня может быть оценен по формуле

Для конического стержня коэффициент отражения значительно меньше (обычно в 2…5 раза), примем 0.068. Тогда расчетное КПД по приведенной выше формуле составляет 0.868.

Расчет КПД антенно-фидерного устройства

Расчет производится по формуле:

КПД антенны определяется в основном потерями в диэлектрике и составляют примерно 0.5…0.7. Примем 0.7, тогда 0.521

Сделаем еще несколько замечаний, относящихся к КПД диэлектрической стержневой антенны.

Во-первых, отметим, что диэлектрические стержневые антенны сами по себе не имеют резонансных элементов и в этом смысле являются широкополосными (если только коэффициент замедления не выходит за пределы допустимых значений). Ширина рабочей полосы частот в диэлектрической антенне обусловливается резонансными свойствами возбуждающего элемента, т, е. вибратора в металлическом волноводе.

Во-вторых, диэлектрик антенны должен иметь малые потери, в противном случае КПД будет низок. Кроме того, возбуждающий вибратор в металлическом волноводе должен располагаться вне диэлектрика. Это приводит к повышению КПД вследствие того, что возбуждаемые вибратором высшие типы волн затухают вблизи него и не проникают в диэлектрическую среду.

Конструкция антенны

Конструкция антенны соответствует Рис 1, диэлектрический стержень изготавливается конусообразный, выбираются рассчитанные геометрические размеры и принятые для расчета материалы.

0

Курсовой проект

Расчет диэлектрической антенны

Введение……………………………………………………………………..…..5

1. Анализ существующих образцов диэлектрических антенн……………...….7
2. Принцип действия диэлектрической антенны……………………………..10
3. Расчет антенны……………………………………………………………..…13

3.1 Электрический расчет антенны ……………………………………….....13

3.2 Расчет параметров антенны……………………………………………….14

3.3 Выбор подводящего коаксиального кабеля ……………………….……16

3.4 Расчет диаграммы направленности…………………………………...….17

3.5 Расчет характеристик антенны…………………………………………....21

Заключение……………………………………………………….…………….24

Список использованных источников………………………………………..…25

Приложение А ….…………....………………………………...…………......26

Приложеине Б…………………………………………………….….…........…..27

Введение

Совершенствование и развитие антенн и устройств СВЧ в настоящий период оказались тесно связанными со следующими ключевыми событиями: выходом человека в космическое пространство, немыслимым без соответствующего радиотехнического обеспечения; бурным прогрессом вычислительной техники на основе достижений интегральной технологии; быстрым освоением области миллиметровых волн и волн оптического диапазона; созданием технологии полосковых, микрополосковых и волоконно-оптических линий передачи, что привело к миниатюризации и улучшению качественных показателей трактов СВЧ и соответствующих антенн.

Для эффективного функционирования радиосистемы входящие в нее антенны должны удовлетворять определенным требованиям.

Антенна должна распределять электромагнитную энергию в пространстве или реагировать на приходящее электромагнитное поле по определенному закону, т.е. иметь заданную характеристику направленности.

Процесс излучения или приема электромагнитных волн не должен сопровождаться бесполезным расходом высокочастотной энергии на нагрев внутри антенны.

В диапазоне СВЧ широко применяются антенны, возбуждаемые поверхностными волнами. Достоинством антенн поверхностных волн (АПВ) является их диапазонность, простота конструкции, небольшие размеры.

Хорошие аэродинамические качества АПВ позволяют использовать их в качестве маловыступающих антенн для подвижных объектов. АПВ состоит из двух частей: возбудителя электромагнитных волн (ЭМВ) и излучающей поверхности. Излучающая часть антенны представляет замедляющую структуру, что способствует увеличению направленности излучения по сравнению с первичным полем возбудителя. В зависимости от типа направляющей поверхности различают плоские, стержневые и дисковые АПВ.

Наибольшее распространение получили стержневые АПВ из диэлектрика, а также в виде металлических стержней с диэлектрической оболочкой.

Диэлектрические стержневые антенны относятся к антеннам бегущей волны с замедленной фазовой скоростью (υ ф < с). Они применяются на границе сантиметрового и дециметрового диапазонов волн в полосе частот от 2 до 10 ГГц.

1. Анализ существующих образцов диэлектрических антенн

Диэлектрические антенны, подобно щелевым и рупорным, состоят из трех элементов. Этими элементами являются (рис. 1.1):

• диэлектрический стержень Д,
• металлический патрон П, надеваемый на один концов стержня и являющийся отрезком волновода, заполненного диэлектриком;
• первичный источник электромагнитного излучения S, вставляемый в экранированную патроном часть стержня (рис. 1.1,в) или возбуждающий полый волновод (рис 1.1,г).

Диэлектрические стержни бывают двух видов - сплошные (рис 1.1,а) и полые (рис 1.1,б). Полые стержни называются также диэлектрическими трубами.

Рисунок 1.1 Простые диэлектрические антенны:

а) сплошная, б) полая, в) питание антенны с помощью коаксиального кабеля, г) возбуждение антенны посредством волновода.

Толщина стенок последних обычно делается по длине одинаковой. Форма поперечного сечения стержней, как сплошных, так и полых может быть различной: круглой, квадратной, прямоугольной. Форма поперечного сечения стержней характеризуется боковой их проекцией, показанной на рис. 1.1 слева от соответствующего им всем одинакового продольного сечения. Сплошные стержни часто делаются сужающимися к концу. Диэлектрические трубы, как правило, бывают постоянного поперечного сечения.

Внутренняя поверхность патрона имеет ту же форму что и наружная поверхность стержня, потому металлический патрон надевается на диэлектрический стержень вплотную без зазоров.

Источник S (рис. 1.1,а и б) в виде перпендикулярного к оси стержня симметричного (в случае труб) или несимметричного (в виде сплошных стержней) вибратора возбуждает в патроне волну типа H(TE).

На рис. 1.1,в показано питание сплошных диэлектрических антенн с помощью коаксиального кабеля. Свободный конец внутреннего провода кабеля проходит в поперечном направлении сквозь тело стержня внутри патрона, причем выступающий по другую сторону конец провода входит в настраивающуюся полость, которая служит для обеспечения требуемого возбуждения стержня. При волноводном питании волна возбуждается сначала в полом волноводе, а затем переходит в патрон. При отсутствии диэлектрического стержня волна вышла бы с его открытого конца во внешнее пространство. Наличие же стержня заставляет волну распространятся по диэлектрику как по волноводу.

Наряду с описанными тут простыми диэлектрическими антеннами применяются сложные диэлектрические антенны, состоящие из нескольких простых, первичные источники которых соединены между собой общей фидерной системой.

Преимуществом диэлектрических антенн является простота конструкции и малые поперечные размеры. Как и у всех антенн типа бегущей волны с замедленной фазовой скоростью, их особенностью является то, что сужение диаграммы направленности происходит за счет увеличения не поперечных размеров антенны, а продольных размеров при малом поперечном. Эта особенность определяет их применение, в частности, в авиационных радиоустройствах.

Недостатком диэлектрических стержневых антенн является сравнительно малая пропускаемая мощность и малая направленность излучения.

1. Принцип действия диэлектрической антенны

Принцип действия диэлектрической антенны основан на явлении полного внутреннего отражения электромагнитных волн от границы раздела диэлектрических сред.

Известно, что при падении плоской электромагнитной волны на безгранично протяженную поверхность раздела двух диэлектриков образуется поверхностная волна при выполнении двух условий:

Волна падает из диэлектрика с большей относительной диэлектрической проницаемостью на поверхность диэлектрика с меньшей относительной проницаемостью (обычно вторым диэлектриком выступает воздух);

Угол падения волны больше угла полного внутреннего отражения (критического угла) или равен ему.

Поверхностная волна, которая образуется в оптически менее плотном диэлектрике (воздухе) как бы “прилипает” к поверхности раздела двух диэлектриков и характеризуется следующими свойствами:

Амплитуда напряженности поля этой волны в воздухе быстро убывает по экспоненциальному закону по нормали к поверхности раздела;

Поверхностная волна направлена по оси антенны, причем фазовая скорость этой волны v меньше скорости света и больше фазовой скорости волны в безграничной среде с параметром (т.е. величины);

Имеются продольные составляющие векторов поля и.

Диэлектрический стержень антенны можно рассматривать как отрезок диэлектрического волновода. Из теории диэлектрических волноводов известно, что в них могут распространяться как симметричные, так и несимметричные волны. Волны симметричного типа, как правило, не используются в диэлектрических стержневых антеннах, так как из-за осевой симметрии они не излучают вдоль оси стержня. Несимметричные волны и (,) в диэлектрическом волноводе не разделяются, а существуют совместно, т.е. являются вырожденными. Основной волной среди этих волн является гибридная волна.

Распределение поля волны показано на рис.2.1. В отличие от волны в круглом металлическом волноводе, касательные составляющие электрического поля волны к границе диэлектрика отличны от нуля из-за существования поля вне диэлектрического стержня. Следствием этого является наличие продольной составляющей электрического поля волны, объясняющее одновременное существование в диэлектрическом волноводе несимметричных волн класса и.

Рисунок 2.1 Структура поля волны в диэлектрическом стержне

Твердый диэлектрик обладает свойством более сильной концентрации поля в себе по сравнению с окружающим воздухом. Поэтому поперечный размер стержня значительно влияет на распределение энергии электромагнитного поля, распространяемого по стержню и в окружающем пространстве. Если диаметр стержня близок к длине волны большая часть энергии передается внутри него, а при уменьшении диаметра большая часть энергии направляется по внешней поверхности стержня.

Любая антенна поверхностной волны состоит из двух элементов: возбудителя электромагнитного поля и собственно антенны, представляющей собой замедляющую структуру, трансформирующую электромагнитное поле, созданное возбудителем, в поле поверхностной волны.

Направленные свойства антенн поверхностных волн можно анализировать с двух точек зрения:

Считая, что излученное электромагнитное поле создается синфазно возбужденной поверхностью. Этой поверхностью является часть плоского фронта поверхностной волны на конце антенны. Чем больше коэффициент замедления c/v, тем меньше эффективная излучаемая поверхность. Максимум излучения направлен перпендикулярно фронту волны, т.е. вдоль оси антенны;

Так как в диэлектрическом стержне с волной линии вектора в поперечном сечении стержня имеют одно преимущественное направление

(рис.2.1), перпендикулярное оси, поэтому диэлектрический стержень можно рассматривать как непрерывную систему вибраторов (рис.2.2), возбуждаемых токами смещения (поляризации), оси которых перпендикулярны оси стержня. Фазы этих токов изменяются прямо пропорционально расстоянию от начала антенны, а их амплитуды (пренебрегая потерями) - одинаковы.

Таким образом, диэлектрическую антенну можно представить в виде антенны бегущей волны с непрерывным распределением источников и пониженной фазовой скоростью.

1. Расчет антенны

3.1 Электрический расчет антенны

Исходные данные:

• ширина диаграммы направленности;
• уровень первого бокового лепестка
• поляризация - линейная
• частота

Найдем длину волны (3.1):

где скорость света.

Исходя из частоты, определяем волновод по справочнику . Для данной частоты подходит волновод С-104. Его размеры:

• внутренний диаметр 20.244 мм.
• внешний диаметр 22.784 мм.
• толщина стенок волновода: σ = 1.27 мм.

3.2 Расчет параметров антенны

В качестве материала диэлектрического стержня выберем полистирол. Его относительная диэлектрическая проницаемость в среднем равна 2,5.

Форму стержня выберем коническую. Расчет диэлектрической антенны с коническим стержнем ничем не отличается от расчета антенны с цилиндрическим стержнем. В качестве диаметра стержня выбирается средний диаметр конуса.

На рис. 3.1приведены основные размеры, необходимые при расчете антенны.

Рисунок 3.1 Размеры антенны

Определяем максимальный и минимальный диаметры конического стержня по формулам.

(3.1)

(3.2)

Расчет фазовой скорости и параметров антенны проводиться по среднему диаметру, найденному по формуле:

По отношению среднего диаметра стержня к рабочей длине волны (3.4) и диэлектрической проницаемости материала стержня находим относительную фазовую скорость волны в диэлектрическом стержне и коэффициент замедления (рис. 3.2): γ ≈ 1; ξ≈1.1

Рисунок 3.2 Зависимость относительной фазовой скорости от относительного диаметра стержня для несимметричной волны

При выборе длины стержня учитываются следующие соображения. Из теории антенн бегущей волны известно, что максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной

В качестве заполняющего диэлектрика выбираем полистирол.

3.4 Расчет диаграммы направленности

Расчет диаграммы направленности диэлектрической стержневой антенны основан на следующих предположениях, типичных для расчета антенн бегущей волны:

1. Распределение поля в цилиндрическом стержне совпадает с распределением поля в неограниченном диэлектрическом волноводе того же диаметра.
2. Волна, распространяющаяся вдоль цилиндрического стержня, является волной с замедленной фазовой скоростью, которая не изменяется по длине стержня.
3. Фазовая скорость распространения волны вдоль конического стержня остается постоянной и совпадает с фазовой скоростью волны в эквивалентном цилиндрическом стержне среднего диаметра.
4. Волной, отраженной от конца стержня, пренебрегают.

Диаграмма направленности в плоскости E:

Рисунок 3.3 Диаграмма направленности в Е плоскости, в декартовой системе координат

Рисунок 3.4 Диаграмма направленности в E плоскости, в полярной системе координат

Диаграмма направленности в плоскости H (плоскость xz):

Рисунок 3.5 Диаграмма направленности в Н плоскости, в декартовой системе координат

Рисунок 3.6 Диаграмма направленности в Н плоскости, в полярной системе координат

Рисунок 3.7 - Диаграмма направленности в плоскости H в логарифмической системе кординат

3.5 Расчет характеристик антенны

Зная длину стержня, можно вычислить значения коэффициента направленного действия (КНД) и усиления антенны.

КНД диэлектрической стержневой антенны оптимальной длины в осевом направлении вычислим по формуле:

Эта формула характерна для КНД антенны бегущей волны с равномерным непрерывным распределением элементарных диполей по оси антенны, которая является приближенной моделью диэлектрической стержневой антенны.

Коэффициент усиления антенны зависит от величины тепловых потерь в диэлектрическом стержне которые обычно пренебрежимо малы. Поэтому величину коэффициента усиления антенны можно считать равной величине КНД:

Заключение

В процессе выполнения данного курсового проекта были рассмотрены конструкции диэлектрических антенн, произведен расчет геометрических и электрических параметров конусной диэлектрической антенны осевого излучения, а также описан расчет и конструкция согласующего устройства.

В итоге проведенной работы была разработана коническая стержневая диэлектрическая антенна, удовлетворяющая заданным параметрам. Были построены диаграммы направленности диэлектрической антенны. И конструктивный чертеж проектируемой антенны.

Список использованных источников

1. Макаров Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. - М.: Энергия, 1975. - 528 с.
2. Проектирование полосковых устройств СВЧ: Учебное пособие. Ульяновск - 2001
3. Фельд Я. Н., Бененсон Л. С. Антенны сантиметровых и дециметровых волн. Изд. ВВИА им. Жуковского, 1955.- 284 с.
4. Баров А.А., Вальтер В.И., Гусев А.Н. Импульсная РЛС S диапазона: журнал СВЧ-техника №3, -2005, 56-67 с., ил.

Задание на курсовую работу

Введение

Расчет параметров и размеров антенны

Эксплуатация антенно-фидерного устройства

Список используемой литературы

Приложение 1

Задание на курсовую работу

Вариант 89

Данные для расчёта:

Диэлектрическая стержневая антенна

Диапазон рабочих частот , МГц = 350…500.

Излучаемая мощность , кВт = 0,90.

Ширина диаграммы направленности = 40…45.

Диэлектрическая проницаемость = 3,1.

Введение

В диапазоне СВЧ широко применяются антенны, возбуждаемые поверхностными волнами. Достоинством антенн поверхностных волн (АПВ) является их диапазонность, простота конструкции, небольшие размеры.

Хорошие аэродинамические качества АПВ позволяют использовать их в качестве маловыступающих антенн для подвижных объектов. АПВ состоит из двух частей: возбудителя электромагнитных волн (ЭМВ) и излучающей поверхности. Излучающая часть антенны представляет замедляющую структуру, что способствует увеличению направленности излучения по сравнению с первичным полем возбудителя. В зависимости от типа направляющей поверхности различают плоские, стержневые и дисковые АПВ.

Наибольшее распространение получили стержневые АПВ из диэлектрика, а также в виде металлических стержней с диэлектрической оболочкой.

Диэлектрические стержневые антенны относятся к антеннам бегущей волны с замедленной фазовой скоростью (υ ф < с). Они применяются на границе сантиметрового и дециметрового диапазонов волн в полосе частот от 2 до 10 ГГц.а рис. 1 приведена наиболее типичная схема диэлектрической стержневой антенны. Она представляет собой диэлектрический стержень 1, возбуждаемый круглым волноводом 2 с возбудителем 3 и питающим фидером 4.

В зависимости от требований, предъявляемых к антенне, поперечное сечение стержня, возбудитель и его питание могут изменяться. Наиболее часто используются цилиндрические и конические стержни.

Экспериментальные исследования показывают, что конические стержни позволяют получить большее ослабление боковых лепестков диаграммы направленности, чем цилиндрические стержни. Однако длина конических стержней при одинаковой ширине диаграммы направленности больше, чем длина цилиндрических.

Рис 1. Схема диэлектрической стержневой антенны

Диэлектрический стержень антенны можно рассматривать как отрезок диэлектрического волновода. Из теории диэлектрических волноводов известно, что в них могут распространяться как симметричные, так и несимметричные волны. Волны симметричного типа, как правило, не используются в диэлектрических стержневых антеннах, так как вследствие осевой симметрии они не излучают мощность вдоль оси стержня. Основной волной, используемой с этой целью, является несимметричная волна типа HЕ11, по своей структуре схожая с основной волной круглого металлического волновода H11. Отличие лишь в том, что поле HЕ11 существует и во внешнем пространстве.

С помощью одного стержня удается формировать диаграммы направленности шириной 2θ 0,5 ° > 20°…25°. Для получения более узких диаграмм направленности используются решетки, в которых диэлектрические стержневые антенны являются отдельными излучателями. С учетом направленных свойств излучателей, взаимосвязь между ними и влияние решений на входное сопротивление слабее, чем в решетках, состоящих из вибраторов и щелей, что облегчает настройку и управление решеткой.

Скорость распространения волны вдоль диэлектрического стержня мало зависит от длины волны. Поэтому диэлектрические стержневые антенны широкополосные и их полоса пропускания ограничивается, в основном, диапазонными свойствами возбуждающего устройства. При широкополосном возбудителе она может достигать 40-50% от f ср.

Преимуществом диэлектрических антенн является простота конструкции и малые поперечные размеры. Как и у всех антенн типа бегущей волны с замедленной фазовой скоростью, их особенностью является то, что сужение диаграммы направленности происходит за счет увеличения не поперечных размеров антенны, а продольных размеров при малом поперечном. Эта особенность определяет их применение, в частности, в авиационных радиоустройствах.

Недостатком диэлектрических стержневых антенн является сравнительно малая пропускаемая мощность и малая направленность излучения.

. Расчет параметров и размеров антенны

Выбор материала диэлектрика

Для изготовления излучателя выберем полистирол, параметры которого имеют следующие значения:

диэлектрическая проницаемость ;

тангенс диэлектрических потерь .

Определение диаметра стержня

Чтобы обеспечить преобразование большей части энергии в поверхностную волну, стержень у возбудителя делают толстым, а затем плавно уменьшают, чтобы приблизить фазовую скорость υ ф к скорости света. Рекомендуется выполнять стержни диаметром:

При МГц м, значит:

м

м

Расчет коэффициента замедления

По выбранному значению () и по графику из методической литературы (2, стр 41) находим коэффициент замедления, он равен:

При 0.83 1.205

Расчет длины стержня антенны

Длина диэлектрического стержня выбирается исходя из заданной ширины диаграммы направленности антенны.

При =40…45 соответственно L1.588…1.255 м.

С другой стороны, максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной

Отсюда L=1.723м.

Из этих выражений выбираем оптимальную длину стержня: L м

Расчет КНД антенны

Коэффициент направленного действия определяется по формуле:

D 0

Расчет диаграмм направленности

При расчете диаграммы направленности конической диэлектрической антенны используют выражения для расчёта диаграммы направленности цилиндрической антенны среднего диаметра, при этом предполагается, что волной в стержне, бегущей с постоянным замедлением вдоль его длины и отражением от конца стержня пренебрегают, тогда выражение для расчета диаграммы направленности получается как у линейной антенны с непрерывным распределением излучающих элементов, в которых распределение токов по длине соответствует закону бегущей волны.

,

где - волновое число, - угол между осью антенны и направлением в точку наблюдения.

Рис 2. Диаграмма направленности конической диэлектрической стержневой антенны в декартовой системе координат

Рис 3. Диаграмма направленности конической

диэлектрической стержневой антенны в полярной системе координат

диэлектрический антенна стержень

Расчет согласующего устройства

Для согласования волнового сопротивления коаксиального кабеля W ф с входным сопротивлением антенны необходимо найти нужную величину действующей высоты возбудителя (штыря) h д, при которой R вх =W.

Расстояние от закорачивающей стенки до оси штыря z 1 , выбирается равным l в /4, где l в - длина волны в волноводе с волной Н 11 при наличии диэлектрика

а волновое сопротивление круглого волновода, заполненного диэлектриком для волны H 11 , равно

417.034 Ом, отсюда 0.781 м и z 1 0.195 м

Тогда действующая высота штыря может быть найдена из выражения:

Возьмем для расчета коаксиальный кабель с внешним проводником из круглых проволок в ПЭ оболочке РК 50-33-17 с максимально допустимой мощностью на частотах 100 МГц и 1 ГГц 5 кВт и 0.9 кВт соответственно. Его волновое сопротивления 50 Ом, то 0.059 м

Геометрическая высота находится из соотношения:

Длина круглого волновода от вибратора до его раскрыва z 2 выбирается из условий обеспечения необходимого затухания высших типов волн. Обычно считают, что ослабление поля ближайшей высшей волны Е 01 должно быть не менее 10…20 дБ (100 раз по мощности). Если принять величину ослабления равную 20 дБ, тогда

где

При расчетах оказалось, что под корнем отрицательное число, это означает, что волна находится в докритическом режиме и не затухает. В этом случае надо исключить возможность ее возбуждения, для этого длину возбудителя примем 0.75 0.206. При этом закритическое затухание необходимо обеспечить для следующей волны высшего типа с , тогда м

Для согласования излучателя с питающим фидером следует применить четвертьволновый согласующий трансформатор с волновым сопротивлением равным

Расчет максимального напряжения в питающем фидере

При выборе коаксиального кабеля следует учесть не только коэффициент затухания на максимальной рабочей частоте, но и на надёжность его на электрический пробой. С этой целью производится его проверка по допустимости максимального рабочего напряжения с максимально допустимым напряжением для данной марки кабеля.

Для проверки надежности работы с точки зрения электрического пробоя коаксиального кабеля определим

КБВ можно принять равным (0.5…0.7), примем КБВ = 0.5, тогда

424.264 В

Напряжение короны коаксиального кабеля РК 50-33-17 кВ, то 4250 В, значит условие выполняется .

Расчет КПД фидерной линии

Длина фидерной линии выбирается из конструктивных соображений (10…100 м), примем l = 10 м

Коэффициент затухания фидера, дБ/м, находится из справочных значений

,

где 0.03 дБ на частоте 100 МГц, значит 0.062 дБ/м.

Значение коэффициента затухания подставляются в Нп/м из формулы

,

значит = 0.007

Модуль коэффициента отражения от конца цилиндрического стержня может быть оценен по формуле

Для конического стержня коэффициент отражения значительно меньше (обычно в 2…5 раза), примем 0.068. Тогда расчетное КПД по приведенной выше формуле составляет 0.868.

Расчет КПД антенно-фидерного устройства

Расчет производится по формуле:

КПД антенны определяется в основном потерями в диэлектрике и составляют примерно 0.5…0.7. Примем 0.7, тогда 0.521

Сделаем еще несколько замечаний, относящихся к КПД диэлектрической стержневой антенны.

Во-первых, отметим, что диэлектрические стержневые антенны сами по себе не имеют резонансных элементов и в этом смысле являются широкополосными (если только коэффициент замедления не выходит за пределы допустимых значений). Ширина рабочей полосы частот в диэлектрической антенне обусловливается резонансными свойствами возбуждающего элемента, т, е. вибратора в металлическом волноводе.

Во-вторых, диэлектрик антенны должен иметь малые потери, в противном случае КПД будет низок. Кроме того, возбуждающий вибратор в металлическом волноводе должен располагаться вне диэлектрика. Это приводит к повышению КПД вследствие того, что возбуждаемые вибратором высшие типы волн затухают вблизи него и не проникают в диэлектрическую среду.

Конструкция антенны

Конструкция антенны соответствует Рис 1, диэлектрический стержень изготавливается конусообразный, выбираются рассчитанные геометрические размеры и принятые для расчета материалы.

Рис 4. Чертеж рассчитанной конической диэлектрической стержневой антенны

. Эксплуатация антенно-фидерного устройства

Диэлектрическая стержневая антенна имеет высокий уровень бокового и заднего излучения. Диаграммы направленности таких антенн имеют достаточно широкие главные лепестки, поэтому их относят к классу слабонаправленных антенн. Поэтому чаще всего диэлектрические стержневые антенны применяют в качестве облучателей зеркальных антенн и коллиматоров.

Диэлектрическая стержневая антенна является широкополосной, такой режим требует определенных соотношений между размерами антенны и длиной волны. Эти размеры должны быть точно выдержаны, в целях обеспечения широкополосного режима.

Установка антенны должна производиться согласно паспорта на изделие, а так же различных нормативных документов на антенны, работающие в УКВ диапазоне. Для нормального режима необходимо обеспечить целостность механических частей антенны: жесткость крепления излучателя в волноводе и крепления коаксиального кабеля. Повреждение элементов ведет к ухудшению работы, снижению качества приема-передачи, ухудшению свойств широкополостности и увеличению коэффициента отражения.

Генератор, обеспечивающий питание антенны, должен работать стабильно, не снижая своего напряжения на выходе, чтобы не допустить уменьшение мощности излучения. Так же должно происходить перенапряжения, электрические свойства антенны не должны быть нарушены.

Эксплуатация антенны производится согласно нормативной документации, в которой оговорены сроки проведения регламентных работ. Регламентные работы представляют собой список необходимых действий для проверки точности работы антенны и ее параметров, а так же механических и электрических свойств.

Внешний осмотр необходимо проводить постоянно на наличие механических и электрических повреждений. Регулярно проводить чистку антенны от грязи и пыли, проверку фидерного тракта.

Список используемой литературы

Сазонов Д.М. «Антенны и устройства СВЧ». - М.: Высшая школа, 1988 г

Нечаев Е.Е. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Антенны и распространения радиоволн» . - М.: МГТУ ГА, 1996г

. «Антенны и устройства СВЧ». Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радиотехника, 2006г

Гончаренко В.М., Каменев В.Г. «Проектирование антенн СВЧ». Учебное пособие. - М., 2006г

Ефимов И.Е., Шермина Г.А. «Волноводные линии передачи». - М.: Связь, 1979г

Белоруссов Н.И. «Электрические кабели, провода и шнуры».Изд.5. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1988г

Приложение 1

Таблица расчета диаграммы направленности в декартовой системе координат

		0.057 0.057 0.057 0.057 0.057 0.058 0.058 0.059 0.059 0.06 0.061 0.061 0.062 0.063 0.064 0.065 0.066 0.066 0.067 0.068 0.069 0.069 0.07 0.07 0.071 0.071 0.071 0.071 0.07 0.07 0.069 0.068 0.066 0.065 0.062 0.06 0.057 0.054 0.051		0.047 0.042 0.038 0.033 0.027 0.021 0.015 8.996e-3 2.366e-3 -4.482e-3 -0.012 -0.019 -0.026 -0.033 -0.04 -0.047 -0.054 -0.06 -0.066 -0.072 -0.077 -0.081 -0.085 -0.088 -0.09 -0.091 -0.091 -0.09 -0.088 -0.085 -0.081 -0.076 -0.07 -0.062 -0.054 -0.045 -0.035 -0.024 -0.013					6.84e-4 0.012 0.024 0.036 0.049 0.061 0.072 0.083 0.093 0.102 0.11 0.117 0.122 0.126 0.128 0.128 0.127 0.124 0.119 0.112 0.104 0.094 0.082 0.069 0.055 0.039 0.022 5.098e-3 -0.013 -0.031 -0.05 -0.068 -0.087 -0.105 -0.122 -0.138 -0.153 -0.167 -0.18				0.191 -0.2 -0.207 -0.213 -0.216 -0.217 -0.216 -0.213 -0.208 -0.201 -0.192 -0.181 -0.168 -0.153 -0.136 -0.118 -0.098 -0.077 -0.054 -0.031 -6.077e-3 0.019 0.045 0.072 0.099 0.126 0.154 0.181 0.209 0.236 0.263 0.289 0.315 0.341 0.366 0.39 0.413 0.436 0.458
		0.479 0.499 0.518 0.536 0.554 0.57 0.586 0.6 0.614 0.627 0.639 0.65 0.66 0.669 0.677 0.685 0.691 0.697 0.702 0.707 0.479 0.499 0.518 0.536 0.554 0.57 0.586 0.6 0.614 0.627 0.639 0.65 0.66 0.669 0.677 0.685 0.691 0.697 0.702		0.707 0.71 0.713 0.715 0.716 0.716 0.716 0.715 0.713 0.71 0.707 0.702 0.697 0.691 0.685 0.677 0.669 0.66 0.65 0.639 0.627 0.614 0.6 0.586 0.57 0.554 0.536 0.518 0.499 0.479 0.458 0.436 0.413 0.39 0.366 0.341 0.315 0.289 0.263					0.236 0.209 0.181 0.154 0.126 0.099 0.072 0.045 0.019 -6.077e-3 -0.031 -0.054 -0.077 -0.098 -0.118 -0.136 -0.153 -0.168 -0.181 -0.192 -0.201 -0.208 -0.213 -0.216 -0.217 -0.216 -0.213 -0.207 -0.2 -0.191 -0.18 -0.167 -0.153 -0.138 -0.122 -0.105 -0.087 -0.068 -0.05				0.031 -0.013 5.098e-3 0.022 0.039 0.055 0.069 0.082 0.094 0.104 0.112 0.119 0.124 0.127 0.128 0.128 0.126 0.122 0.117 0.11 0.102 0.093 0.083 0.072 0.061 0.049 0.036 0.024 0.012 -6.84e-4 -0.013 -0.024 -0.035 -0.045 -0.054 -0.062 -0.07 -0.076 -0.081
	0.085 -0.088 -0.09 -0.091 -0.091 -0.09 -0.088 -0.085 -0.081 -0.077 -0.072 -0.066 -0.06 -0.054 -0.047 -0.04 -0.033 -0.026 -0.019				0.012 -4.482e-3 2.366e-3 8.996e-3 0.015 0.021 0.027 0.033 0.038 0.042 0.047 0.051 0.054 0.057 0.06 0.062 0.065 0.066 0.068			0.069 0.07 0.07 0.071 0.071 0.071 0.071 0.07 0.07 0.069 0.069 0.068 0.067 0.066 0.066 0.065 0.064 0.063 0.062				0.061 0.061 0.06 0.059 0.059 0.058 0.058 0.057 0.057 0.057 0.057 0.057

Таблица расчета диаграммы направленности в полярной системе координат

180 -179 -178 -177 -176 -175 -174 -173 -172 -171 -170 -169 -168 -167 -166 -165 -164 -163 -162 -161 -160 -159 -158 -157 -156 -155 -154 -153 -152 -151 -150 -149 -148 -147 -146 -145 -144 -143 -142	0.042 0.057 -0.086 -0.205 0.71 -0.194 -0.079 0.062 0.015 0.048 0.549 0.153 0.09 0.07 0.07 0.095 0.167 0.54 0.056 0.018 0.063 -0.076 -0.189 0.708 -0.201 -0.085 0.057 -0.045 -0.105 0.663 -0.069 -0.012 0.069 0.052 0.125 0.392 0.356 0.128 0.057		141 -140 -139 -138 -137 -136 -135 -134 -133 -132 -131 -130 -129 -128 -127 -126 -125 -124 -123 -122 -121 -120 -119 -118 -117 -116 -115 -114 -113 -112 -111 -110 -109 -108 -107 -106 -105 -104 -103		0.07 6.506e-3 -0.033 0.648 -0.078 -0.035 0.058 -0.089 -0.211 0.713 -0.203 -0.084 0.062 8.081e-3 0.032 0.566 0.126 0.08 0.071 0.069 0.104 0.195 0.522 0.07 0.024 0.064 -0.07 -0.177 0.704 -0.192 -0.081 0.057 -0.052 -0.123 0.672 -0.091 -0.023 0.068 0.049	102 -101 -100 -99 -98 -97 -96 -95 -94 -93 -92 -91 -90 -89 -88 -87 -86 -85 -84 -83 -82 -81 -80 -79 -78 -77 -76 -75 -74 -73 -72 -71 -70 -69 -68 -67 -66 -65 -64		0.12 0.416 0.33 0.128 0.06 0.07 0.019 -8.547e-3 0.636 -0.059 -0.027 0.058 -0.091 -0.215 0.715 -0.21 -0.087 0.061 1.321e-3 0.015 0.582 0.098 0.068 0.071 0.068 0.112 0.223 0.502 0.083 0.029 0.064 -0.062 -0.164 0.7 -0.181 -0.076 0.057 -0.059 -0.139		63 -62 -61 -60 -59 -58 -57 -56 -55 -54 -53 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 -45 -44 -43 -42 -41 -40 -39 -38 -37 -36 -35 -34 -33 -32 -31 -30 -29 -28 -27 -26 -25		0.68 -0.111 -0.034 0.067 0.044 0.113 0.439 0.304 0.127 0.062 0.071 0.032 0.017 0.624 -0.04 -0.02 0.059 -0.091 -0.217 0.716 -0.215 -0.09 0.06 -5.656e-3 -3.198e-3 0.597 0.07 0.057 0.071 0.066 0.118 0.25 0.482 0.095 0.035 0.065 -0.054 -0.148 0.694
24 -23 -22 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -24 -23 -22 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6	5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33		0.022 -0.013 0.059 -0.091 -0.217 0.716 -0.217 -0.091 0.059 -0.013 -0.022 0.611 0.043 0.044 0.071 0.065 0.123 0.277 0.461 0.105 0.04 0.066 -0.045 -0.13 0.687 -0.154 -0.065 0.057 -0.071 -0.168 0.694 -0.148 -0.054 0.065 0.035 0.095 0.482 0.25 0.118	34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72		0.066 0.071 0.057 0.07 0.597 -3.198e-3 -5.656e-3 0.06 -0.09 -0.215 0.716 -0.217 -0.091 0.059 -0.02 -0.04 0.624 0.017 0.032 0.071 0.062 0.127 0.304 0.439 0.113 0.044 0.067 -0.034 -0.111 0.68 -0.139 -0.059 0.057 -0.076 -0.181 0.7 -0.164 -0.062 0.064		73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111		0.029 0.083 0.502 0.223 0.112 0.068 0.071 0.068 0.098 0.582 0.015 1.321e-3 0.061 -0.087 -0.21 0.715 -0.215 -0.091 0.058 -0.027 -0.059 0.636 -8.547e-3 0.019 0.07 0.06 0.128 0.33 0.416 0.12 0.049 0.068 -0.023 -0.091 0.672 -0.123 -0.052 0.057 -0.081
112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130	0.192 0.704 -0.177 -0.07 0.064 0.024 0.07 0.522 0.195 0.104 0.069 0.071 0.08 0.126 0.566 0.032 8.081e-3 0.062 -0.084	131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149		0.203 0.713 -0.211 -0.089 0.058 -0.035 -0.078 0.648 -0.033 6.506e-3 0.07 0.057 0.128 0.356 0.392 0.125 0.052 0.069 -0.012			150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168		0.069 0.663 -0.105 -0.045 0.057 -0.085 -0.201 0.708 -0.189 -0.076 0.063 0.018 0.056 0.54 0.167 0.095 0.07 0.07 0.09		169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180		0.153 0.549 0.048 0.015 0.062 -0.079 -0.194 0.71 -0.205 -0.086 0.057 -0.042

Диэлектрическая антенна

антенна в виде отрезка диэлектрического стержня, возбуждённого радиоволноводом или штырём коаксиального кабеля. В стержне Д. а. (рис. ) возбуждается волна особой структуры (так называемая поверхностная волна), распространяющаяся вдоль его оси, и, как следствие, на поверхности стержня возникают тангенциальные (касательные к поверхности) составляющие электрического и магнитного полей, фаза которых меняется по закону бегущей волны. По существу Д. а. представляет собой бегущей волны антенну (См. Бегущей волны антенна), состоящую из элементарных электрических и магнитных вибраторов. Её максимум излучения, как и всякой антенны бегущей волны, совпадает с осью стержня. Характер излучения Д. а. зависит от фазовой скорости (См. Фазовая скорость) распространения поверхностной волны. С увеличением диаметра стержня и диэлектрической проницаемости материала, из которого он выполнен, фазовая скорость уменьшается. Чем меньше фазовая скорость, тем больше длина стержня, при которой коэффициент направленного действия (КНД) антенны максимален (так называемая оптимальная длина), и больше максимально возможный КНД. По мере уменьшения фазовой скорости или приближения её к скорости света в окружающей среде (воздухе) диэлектрический стержень теряет волноводные свойства. Это приводит к резкому спаданию поля к концу стержня, увеличению излучения в окружающую Д. а. среду непосредственно из открытого конца радиоволновода и уменьшению эффективности Д. а. Диаметр и материал стержня обычно выбирают так, чтобы фазовая скорость была не очень близкой к скорости света (не более 0,95-0,96 скорости света). При такой фазовой скорости оптимальная длина равна 12 длинам излучаемой волны и КНД равен Диэлектрическая антенна 100. Стержень Д. а. изготовляют из диэлектрических материалов с малым затуханием электромагнитных волн в них - полистирол, фторопласт и др. Д. а. применяют преимущественно на летательных аппаратах в радиоустройствах, работающих на сантиметровых и дециметровых волнах.

О. Н. Терёшин, Г. К. Галимов.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Диэлектрическая антенна" в других словарях:

Антенна в виде сплошного или трубчатого диэлектрич. (полистирол, полиэтилен) стержня, возбуждаемого радиоволноводом или коаксиальным кабелем (см. рис.). По существу Д. а. представляет собой бегущей волны антенну и применяется преим. в синтезир.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Отрезок диэлектрического стержня, излучающий радиоволны при возбуждении его волноводом или коаксиальной линией. Используется преимущественно на летательных аппаратах в радиоустройствах, работающих на сантиметровых и дециметровых волнах … Большой Энциклопедический словарь

Отрезок диэлектрического стержня, излучающий радиоволны при возбуждении его волноводом или коаксиальной линией. Используется преимущественно на летательных аппаратах в радиоустройствах, работающих на сантиметровых и дециметровых волнах. * * *… … Энциклопедический словарь

диэлектрическая антенна - dielektrinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. dielectric antenna vok. dielektrische Antenne, f rus. диэлектрическая антенна, f pranc. antenne diélectrique, f … Radioelektronikos terminų žodynas

Устройство для излучения и приёма радиоволн. Передающая А. преобразует энергию электромагнитных колебаний высокой частоты, сосредоточенную в выходных колебательных цепях радиопередатчика, в энергию излучаемых радиоволн. Преобразование… …

Антенна - (осн. типы): симметричный (а) и несимметричный (б) вибраторы; диполь Надененко (в); волновой канал (г); рамочная (д); логопериодическая вибраторная (е); рупорная (ж); линзовая (з); волноводная щелевая (и); диэлектрическая (к). АНТЕННА (от… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Направленная антенна, вдоль геометрической оси которой распространяется бегущая волна (См. Бегущие волны) электромагнитных колебаний. Б. в. а. выполняют либо из дискретных излучателей, расположенных вдоль оси на некотором расстоянии друг… … Большая советская энциклопедия

Антенна радиотелескопа РТ 7.5 МГТУ им. Баумана. РФ, Московская область, Дмитровский район. Диаметр зеркала 7,5 метра, рабочий диапазон длин волн: 1 4 мм Антенна устройство для излучения и приёма радиоволн (разновидности электромагнитного… … Википедия

- (по имени французского физика 17 в. Н. Кассегрена, N. Cassegrain) зеркальная антенна (См. Зеркальные антенны), состоящая из облучателя, главного и вспомогательных зеркальных отражателей электромагнитной энергии (зеркал), собранных по… … Большая советская энциклопедия

Антенна, в к рой сферич. или цилиндрич. эл. магн. волна, создаваемая первичным излучателем (вибратор, открытый конец радиоволновода, рупор и т. п.), преобразуется в плоскую волну (или наоборот) с помощью преломляющих сред. Физический… … Физическая энциклопедия

У диэлектрической стержневой антенны направляющим элементом поверхностной волны является диэлектрический стержень, а ее возбудителем - либо электрический вибратор, представляющий собой конец внутреннего провода коаксиального кабеля, вводимый в стержень перпендикулярно к его оси, либо металлический волновод (рис. П6.1). Обычно используются диэлектрические стержни в виде усеченного конуса, при этом улучшаются условия согласования антенны со свободным пространством. К числу преимуществ диэлектрических стержневых антенн относится простота их конструкции, а к числу недостатков - малая мощность излучения и относительно невысокий КПД вследствие потерь в диэлектрике.

Исходными данными для расчета основных параметров диэлектрической антенны являются: диапазон рабочих частот , ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности , мощность излучения , тип диэлектрика или величина диэлектрической проницаемости https://pandia.ru/text/80/261/images/image008_87.gif" width="85" height="21 src=">DIV_ADBLOCK135">

2. Определяются максимальный и минимальный диаметры конического стержня.

, (П6.1)

. (П6.2)

3. Определяется коэффициент замедления фазовой скорости волны в диэлектрическом стержне.

По выбранному значению dмакс и по графику (рис. П6.2) находится замедление left">

4. Находится длина стержня антенны.

Длина диэлектрического стержня выбирается исходя из заданной ширины диаграммы направленности антенны. Можно считать, что ширина диаграммы направленности определяется выражением

, (П6.3)

где L - длина стержня антенны.

С другой стороны, максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной

. (П6.4)

Из выражения (П6.3) с учетом (П6.4) выбирается длина стержня диэлектрической антенны.

5. Рассчитывается КНД антенны

. (П6.5)

6. Рассчитывается диаграмма направленности антенны.

Расчет диаграммы направленности конической диэлектрической стержневой антенны ведется так же, как и для цилиндрической антенны среднего диаметра dср. Выражение для расчета диаграммы направленности имеет такой же вид, как и для линейной антенны бегущей волны с непрерывным распределением излучающих элементов. Характеристику направленности можно рассчитать по формуле

. (П6.6)

Если рассчитывается антенная решетка, состоящая из N элементов, то диаграмма направленности антенной системы определяется выражением

, (П6.7)

где https://pandia.ru/text/80/261/images/image020_51.gif" width="200" height="80 src=">, (П6.8)

где dP - расстояние между излучателями в антенной решетке.

7. Разрабатывается согласующее устройство.

Для согласования волнового сопротивления коаксиального кабеля WФ с входным сопротивлением антенны необходимо найти нужную величину действующей высоты возбудителя (штыря) hД , при которой RВХ = WФ .

Расстояние от стенки Z1 , выбирается равным , где - длина волны в волноводе с волной типа Н11 при наличии диэлектрика

, (П6.9)

а волновое сопротивление круглого волновода, заполненного диэлектриком для волны Н11, равно

https://pandia.ru/text/80/261/images/image025_44.gif" width="187" height="27">, (П6.11)

а его геометрическая высота из соотношения

. (П6.12)

Длина круглого волновода Z2 выбирается из условия обеспечения необходимого затухания высших типов волн. Обычно считают, что ослабление для ближайшей высшей волны типа Е01 должно быть не менее 10 ... 20 дБ (100 раз по мощности). Если принять величину ослабления, равную 20 дБ, тогда

, (П6.13)

где https://pandia.ru/text/80/261/images/image029_39.gif" width="117" height="25 src=">.

8. Рассчитывается максимальное напряжение в фидере.

При выборе коаксиального кабеля следует руководствоваться не только минимальной величиной его коэффициента затухания на максимальной рабочей частоте, но и надежностью работы с точки зрения электрического пробоя. С этой целью производится проверка кабеля по максимально допустимому напряжению.

Если указывается напряжение короны UКОР , то можно считать, что . КБВ можно принять равным (0,5 ... 0,7).

9. Рассчитывается КПД фидерной линии.

. (П6.15)

Значение коэффициента затухания подставляются в Нп/м, а модуль коэффициента отражения для волны НЕ11 может быть оценен по формуле

Для конического стержня коэффициент отражения значительно меньше (обычно в 2 ... 5 раза).

10. Рассчитывается КПД антенно-фидерного устройства.

КПД антенны определяется, в основном, потерями в диэлектрике и составляет примерно 0,5 ... 0,7.

11. Разрабатывается конструкция антенны.

Для уменьшения веса антенны применяют полые стержни в виде диэлектрических трубок..gif" width="69" height="24">.