Соотношения в таблицах 3.1, 3.2 не учитывают направленные свойства элемента Гюйгенса – (1+cosθ)/2 и позволяют рассчитывать диаграмму направленности только в одной плоскости. Не учитывается и затенение раскрыва облучателем, элементами его крепления и питающим фидером. Необходимо отметить, что данные из табл. 3.1 и 3.2 можно также использовать и для оценки направленных свойств плоских решеток.

Как видно из таблиц 3.1, 3.2, чем сильнее спадает поле в раскрыве к его краям, тем шире главный лепесток диаграммы направленности и ниже уровень боковых лепестков (УБЛ). Закон возбуждения раскрыва определяется формой главного лепестка диаграммы направленности (ДН) облучателя. Варьируя параметрами облучателя, добиваются, что бы его ДН соответствовала форме раскрыва и обеспечивала заданный спад интенсивности поля к краю рефлектора. При этом, если УБЛ не задан, то при проектировании антенны следует обеспечить максимальную эффективность антенны, которая достигается при облучении края на 9-11 дБ ниже, чем облучение центра. При заданном УБЛ спад поля к краям может достигать 15-20 дБ, но при этом расширяется главный лепесток и уменьшается коэффициент усиления антенны.

Прямоугольные раскрывы чаще используются для получения неосесимметричных диаграмм направленности. Амплитудное распределение поля в раскрыве, полученное по соотношениям 3.5, 3.6 апроксимируется выражением типа «cos на пьедестале» или «cos² на пьедестале» (см. табл. 3.1). Если размеры раскрыва R_x и R_y, а нормированное распределение поля выражается в виде:

,

то интеграл в 3.7 без учета затенения берется и ДН рассчитывается по формуле:



, (3.11)

где:

,

.

Для случая «cos² на пьедестале»:

(3.12)

---

, (3.13)

аU_xиU_yопределяются так же, как и в (3.11).

Круглые синфазные раскрывы используются при осесимметричных или близких к ним возбуждениях. Интеграл в (3.7) при этом берется, если распределение поля удается аппроксимировать функциями, приведенными в таблице 3.2. Однако реальные распределения обычно заметно отличаются от них и данные табл. 3.2 можно использовать только для предварительной оценки. Лучшие результаты дает аппроксимация степенным рядом [2]:

. (3.14)

Для практических расчетов обычно ограничиваются только первыми тремя членами ряда. При этом формула для расчета ДН приобретает вид:

(3.15)

где .

Постоянные коэффициенты в (3.15) определяются путем приравнивания реального нормированного распределения поля, построенного для одной из главных плоскостей, и значений полинома в двух точках. Обычно выбирают ρ/R=1 (край зеркала) и ρ/R=0,5 (ρ/R=0 не рассматривают, так как в центре равенство полинома и распределения обеспечивается автоматически). Если значение распределения при ρ/R=1 Е=Δ₁, а при ρ/R=0,5 Е=Δ₂, то коэффициенты вычисляются в результате решения системы: (3.16)

Значение лямбда – функции λ_i(x) для аргумента x≤10 приведены в таблице 3.3. При x>10 можно использовать их приближенное аналитическое представление:


Таблица 3.3

x	λ1(x)	λ 2(x)	λ 3(x)	x	λ 1(x)	λ 2(x)	λ 3(x)
0	1,000	1,000	1,000	5,5	-0,124	-0,031	0,074
0,5	0,969	0,979	0,985	6	-0,092	-0,054	0,026
1,0	0,880	0,919	0,939	6,5	-0,047	-0,058	0,006
1,5	0,744	0,825	0,867	7	-0,001	-0,049	-0,023
2	0,577	0,706	0,794	7,5	0,036	-0,033	-0,029
2,5	0,398	0,571	0,665	8	0,059	-0,014	-0,027
3	0,226	0,432	0,549	8,5	0,064	0,002	-0,020
3,5	0,078	0,299	0,433	9	0,054	0,014	-0,012
4	-0,033	0,182	0,323	9,5	0,034	0,020	-0,004
4,5	-0,103	0,086	0,224	10	0,009	0,020	-0,003
4	-0,131	0,015	0,140

---

Более точная таблица значений лямбда функций приведена в [9, табл. 42]. Облучатель и элементы его крепления экранируют (затеняют) часть раскрыва зеркала, в следствие чего, фронт сформированной волны несколько искажается. Для осесимметричных рефлекторов, когда облучатель располагается на оси параболоида, это влияние особенно значительно, так как там же находится область наиболее сильного поля. Затенение раскрыва приводит к некоторому сужению главного лепестка диаграммы направленности и возрастанию ближайших к главному нечетных боковых лепестков. С последним необходимо считаться при проектировании антенн и брать запас по УБЛ с учетом его последующего роста за счет затенения на 1-3 дБ. Для уменьшения влияния затенения используют неосесимметричные антенны с вынесенными облучателями, но их характеристики направленности вычисляются только численно, так как интервал в (3.7) не вычисляется аналитически.

Строго оценить влияние затенения раскрыва облучателем, элементами его крепления, фидером и т.д. достаточно сложно. Если же считать, что «затеняет» в основном облучатель, а размеры его небольшие и амплитудное распределение поля на нем равномерное, то для прямоугольных расрывов ДН с учетом затенения можно рассчитывать по формуле:

, (3.18)

где , ,

а r_x и r_y – поперечные размеры облучателя.

Для круглых осесимметричных раскрывов:

(3.19)

где r – радиус раскрыва облучателя.

---

4. Антенны для телерадиовещания и базовых станций систем подвижной связи.

К антеннам телерадиовещательных центров и базовых станций систем подвижной связи предъявляются во многом аналогичные требования. Для увеличения зоны обслуживания они устанавливаются на специальных вышках или крышах высотных зданий. При этом увеличиваются механические нагрузки, создаваемые ветром и осадками, что повышает требования к механической прочности антенн. Значительная вероятность попадания молний обуславливает необходимость обеспечения высокой электрической прочности и использования специальных защитных мер.

Как правило, передающие центры и базовые станции располагаются в центрах обслуживаемых территорий, поэтому их антенны не должны иметь направленности в горизонтальной плоскости. В тех же случаях, когда передатчик располагается на краю территории, возникает необходимость в секторных по азимуту диаграммах направленности антенн с низким уровнем задних и боковых лепестков. Ширина сектора, при этом, достаточно большая и обычно составляет 30180. В вертикальной плоскости, в свою очередь, диаграмма направленности должна быть такой, чтобы уровень поля вблизи передатчика не превышал допустимого предела и был сравнительно постоянным на обслуживаемой территории. Исходя из этого, антенны должны иметь высокую направленность в вертикальной плоскости. Максимум излучения направлен горизонтально или, при большой высоте фазового центра, смещен на несколько градусов в сторону земной поверхности.

Поляризационные характеристики таких антенн зависят от принятой в конкретной системе поляризации поля. Общим для них является то, что круговая поляризация практически не находит применения. Данный факт объясняется тем, что использование сравнительно сложных антенн с круговой поляризацией в сетях с большим числом абонентов не оправданно ни по затратам, ни по достижимому эффекту. В диапазонах частот 50200 Мгц, выделенных в большинстве стран мира для телевизионного вещания в метровом диапазоне, основная доля помех имеет преимущественно вертикальную составляющую электрического поля. По данной причине для телевизионного вещания используется линейная горизонтальная поляризация. Такую же поляризацию используют для высококачественного УКВ ЧМ радиовещания в диапазоне 70 МГц, при этом часто используют антенны одинаковых конструкций. В свою очередь, на транспортных средствах удобнее эксплуатировать вертикальные вибраторные антенны, поэтому в большинстве профессиональных систем подвижной связи и радиовещания ФМ на частотах около 100 МГц применяется вертикальная поляризация поля, хотя в последнем случае иногда допускается и горизонтальная. В сотовой связи стандарта GSM для увеличения плотности сети используется поляризационная развязка каналов. Антенна базовой станции, при этом, должна излучать на двух ортогональных поляризациях. При малых размерах абонентских устройств и произвольным их расположением в пространственных координатах используются линейные наклонные поляризации с углом к поверхности земли ±45 или вертикальная и горизонтальная, соответственно.

---

Антенны телерадиовещания и базовых станций должны быть достаточно широкополосными, чтобы пропускать без искажений требуемую полосу сигналов. Особенно высокие требования предъявляются к телевизионным антеннам, которые должны быть согласованы в полосе телевизионного канала с КБВ выше 0,95 для исключения эффекта «фидерного эха». Он проявляется в виде «многоконтурности» изображения из-за наложения отраженных от входов антенны и передатчика сигналов. В стандарте, принятом в Российской Федерации, полоса телевизионного канала и относительная рабочая полоса наиболее низкочастотного первого метрового канала ( ) 15%, что налагает особые требования к выбору конструкции антенны. Достаточно высокие требования предъявляются и к частотным характеристикам антенн базовых станций. Так в стандарте GSM используется две частотных полосы по 25 МГц на прием и передачу разнесенных на 20 МГц. Общая полоса для стандарта GSM-900 равна 70 МГц, что составляет 7,6 %.

Учитывая диапазоны частот и широкополосность, для питания антенн телерадиовещания и базовых станций обычно используют коаксиальные линии передачи. При этом, для антенн телевизионного вещания, где используются мощности до нескольких десятков кВт, а длина фидера составляет 200 м и более, чаще применяют коаксиальный волновод с шайбовой или на металлических изоляторах изоляцией. Антенны базовых станций или радиовещательные питаются коаксиальным кабелем со сплошной или пенисто-полиэтиленовой изоляцией, так как длина фидера чаще всего не превышает 100 м, а мощности 1 кВт. Волновое сопротивление фидера обычно выбирают 50 Ом исходя из максимума электрической прочности и пропускаемой мощности.

Коаксиальная линия, использующаяся на волне Т-типа, имеет структуру поля, приведенную на рис 4.1. Волновое сопротивление определяется по известной формуле

= ln =

---

Смотрите также файлы

• Направление естественные науки и современный мир. Сколько в соке сока.docx

• История родов.docx

• Вопросы брифа с заказчиком с ответами.docx

• Методики, используемые в диагностике Методика Несуществующее животное.docx

• Проблемы и перспективы развития мцуис и мига.docx