21913

Антенны с круговой диаграммой направленности

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Наиболее широкое применение в этой группе получили антенны типа Ground Plane GP – рис.1 – Конструкция антенны GP Штыревая конструкция антенны удобна для размещения как на крыше здания так и на автомобиле.6 – Длина элементов антенны GP Диаметр трубки мм 2 6 20 40 Длина штыря l мм 2690 2670 2650 2620 Для нормальной работы антенны она снабжается тремя противовесами которые можно выполнить из трубки или антенного канатика.

Русский

2013-08-04

224 KB

11 чел.

Лекция №3

Антенны с круговой диаграммой направленности

Для связи с подвижными объектами наибольшее распространение получили антенны с вертикальной поляризацией. Это связано с тем, что на автомобиле весьма сложно установить эффективную антенну горизонтальной поляризации. По той же причине в качестве базовых антенн выбираются конструкции с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, одинаково хорошо работающие в любом направлении.

Наиболее широкое применение в этой группе получили антенны типа "Ground Plane" (GP) – рис. 3.1.


Рис. 3.1 – Конструкция антенны GP

Штыревая конструкция антенны удобна для размещения, как на крыше здания, так и на автомобиле. Она проста и, в то же время, достаточно эффективна. Длина штырей l = /4 для работы в диапазоне 27 МГц зависит от диаметра трубок – табл. 3.1

Таблица 3.6 – Длина элементов антенны GP 

Диаметр трубки, мм

2

6

20

40

Длина штыря l, мм

2690

2670

2650

2620

Для нормальной работы антенны она снабжается тремя противовесами, которые можно выполнить из трубки или антенного канатика. Длина противовесов выбирается равной четверти длины волны, или на 2,5% больше /3. Входное сопротивление антенны зависит от угла между противовесами и мачтой: чем меньше этот угол (противовесы прижаты к мачте), тем больше сопротивление. Для получения входного сопротивления 50 Ом угол выбирается 30…45. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости имеет максимум под углом 30 к горизонту. Усиление антенны примерно равно усилению вертикального полуволнового диполя. Наилучшая работа обеспечивается при высоте мачты около 6 м.

Эта антенна наиболее широкополосная из всех вариантов GP. После настройки антенны в резонанс минимума КСВ на средней частоте добиваются изменением угла установки противовесов.

Недостаток данной конструкции – отсутствие соединения штыря с мачтой, что требует дополнительных мер по грозозащите и защите от статического электричества.

Рис. 3. 2 – Короткозамкнутый шлейф

Наиболее простой способ защиты – использование короткозамкнутого шлейфа из кабеля длиной /4, подключенного к фидеру с помощью тройника. Шлейф обеспечивает соединение центральной жилы фидера с заземленной оплеткой по постоянному току и не влияет на согласование антенны – рис. 3.2.

Длина шлейфа рассчитывается с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля и составляет около 2 м.

Конструкция полуволновой антенны GP длиной /2 – на рис. 3.3.

Рис. 3. 3 – Полуволновая антенна GP

По сравнению с вышеописанной антенной она имеет вдвое большую длину штыря, что предъявляет повышенные требования к обеспечению ветровой прочности конструкции. Антенна не нуждается в противовесах, роль которых выполняет мачта, а ее диаграмма направленности в вертикальной плоскости сильнее прижата к горизонту, что улучшает условия радиообмена с удаленными корреспондентами. Поскольку антенна имеет высокое входное сопротивление, кабель подключается к ней через согласующий высокочастотный трансформатор. Основание штыря соединяется с заземленной мачтой через согласующий трансформатор, что автоматически решает проблемы грозозащиты и статики. Усиление антенны по сравнению с полуволновым диполем составляет около 4 дБ.

Наиболее эффективная для дальней связи антенна – GP длиной 5/8 – рис. 3.5. Она несколько длиннее полуволновой антенны, а кабель фидера подключается к согласующей индуктивности, расположенной в основании вибратора. Этот тип антенны требует использования не менее трех противовесов длиной (0,1…0,2), расположенных в горизонтальной плоскости. Антенны этого типа узкополоснее полуволновых, в связи с этим требуют более тщательной настройки. Настройку на средней частоте обеспечивают как изменением длины штыря, так и регулировкой величины согласующей индуктивности. Нужное входное сопротивление достигается выбором точки подключения кабеля к согласующей катушке. Усиление этой антенны составляет 5…6 дБ, максимум диаграммы направленности расположен под углом 15 градусов к горизонту. Штырь этой конструкции также заземлен на мачту через согласующую катушку. Примерные данные согласующей катушки для волнового сопротивления кабеля 50 Ом: диаметр каркаса 18 мм, диаметр провода 1,5 мм, число витков 22, шаг намотки 2,5 мм, отвод от 9-го витка, считая от заземленного конца катушки.

Рис. 3.5 – Антенна GP длиной 5/8

Установка антенны на крыше может сильно влиять на ее характеристики.

Общие рекомендации:

основание антенны желательно располагать не ниже 3 м от плоскости крыши;

вблизи от антенны не должно быть металлических предметов и конструкций (например, телевизионных антенн, проводов и т. п.);

устанавливать антенну желательно как можно выше;

для нормальной работы станции ближайшая базовая антенна не должна быть расположена ближе 200 м.

Эффективность работы антенны на передачу тем выше, чем меньше омические потери в ее элементах. Поэтому наилучший материал для элементов антенн – медные трубки, однако приемлемым компромиссом можно считать применение алюминиевых (дюралевых) трубок (из-за высокого удельного веса и низкой прочности меди).

При необходимости расширения полосы частот диаметр трубок увеличивают, или используют трубки с ребристой наружной поверхностью. Поскольку ток, протекающий по штырю антенны, уменьшается к ее верхнему концу, диаметр верхней части штыря можно уменьшить без ухудшения ее параметров.

При работе антенны на передачу по ней протекают довольно большие токи, поэтому необходимо обеспечить очень хорошее соединение всех элементов между собой и позаботиться об их защите от коррозии.

1 – /4

2, 3 – /2

4 – 5/8

Рис. 3.7 – Конструкции серийных базовых антенн

 На российском рынке имеются антенны заводского изготовления, отечественные и импортные – рис. 3.7. Из опыта их эксплуатации – в соединениях элементов, которые осуществляются самонарезающими шурупами, под действием ветра достаточно быстро теряется электрический контакт. Более надежная конструкция штырей со стяжными хомутами. Практически все варианты промышленных антенн требуют дополнительной герметизации, предотвращающей попадание воды внутрь трубок, на согласующие трансформаторы, катушки и заделку кабеля, что приводит к необратимым последствиям.

Если на крыше здания, в котором размещается Ваше оборудование, есть достаточно высокая лифтовая будка, телевизионная антенна или пристройка высотой больше 5 метров, то антенну GP можно установить, используя капроновый трос-растяжку без мачты – рис. 3.8. Кроме капронового шнура и кабеля РК-50 потребуется еще 4 изолятора любого типа. Конец кабеля длиной 2,7 м освобождается от внешней изоляции и оплетки, оплетка расплетается и скручивается в 4 примерно одинаковые "косички". К ним присоединяются противовесы.  

Рис. 3.8 – Антенна GP без мачты

Противовесы можно сделать из любого медного (в крайнем случае, даже алюминиевого) провода, который прикручивается (или припаивается) к "косичкам". Длина противовесов должна быть 2,7 м. На концах противовесов закрепляются изоляторы, которые прикрепляются к проволочным или капроновым оттяжкам. Конец освобожденного от оплетки участка кабеля за полиэтиленовый изолятор прикрепляется к капроновому шнуру так, чтобы он не оторвался порывами ветра. Противовесы разводятся в стороны равномерно по кругу, оттяжки закрепляются на крыше (например, привязываются к кирпичам). Постарайтесь длину оттяжек подобрать так, чтобы между проводом противовеса и вертикалью был угол около 45°. Места соединений и место выхода кабеля из оплетки тщательно герметизируют пластилином, чтобы под оплетку не попала вода.

Эта антенна по своим характеристикам полностью соответствует классической антенне GP длиной /3. Такую антенну очень удобно устанавливать в полевых условиях между двумя деревьями, нужно только заранее заготовить кабель и противовесы с оттяжками.

Рис. 3.9 – Диаграмма направленности Ground Plane в свободном пространстве

Рис.3.10 – Зависимость импеданса у основания четвертьволнового вертикала от высоты установки

Рис. 3.11 – Влияние характеристик почвы на формирование диаграммы направленности в вертикальной плоскости

Турникетная антенна (от франц. tourniquet – турникет, вертящаяся крестовина), сложная антенна в виде многоэтажной конструкции, каждый этаж которой образован скрещенными попарно под прямым углом симметричными горизонтальными полуволновыми вибраторами, закрепленными на общей вертикальной мачте. Число этажей турникетной антенны обычно от 1 до нескольких десятков. Вибраторы каждой пары питаются токами равной величины, сдвинутыми по фазе на 90°, что обеспечивает почти круговую форму диаграммы направленности турникетной антенны в горизонтальной плоскости. Турникетная антенна используются в телевидении и радиовещании, преимущественно как передающие антенны метрового диапазона длин волн. В телевидении часто применяют турникетные антенны с широкополосными, так называемыми Ж-образными вибраторами (см. рис.).

Рис. 3.12 – Турникетная антенна

Турникетная антенна для iii тв диапазона

Лекция №5

15


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

233. Исследование электромеханических реле 508 KB
  Исследование работы электромагнитного реле РТ-40. Исследование электронных реле тока и реле времени. Исследование измерительного блока электронного реле тока (напряжения). Исследование схемы генератора меандра на КР1006ВИ1.
234. Разработка цифрового вольтметра, на основе метода двойного интегрирования 139.64 KB
  Структурная схема цифрового вольтметра и расчет основных его параметров. Схемотехника основных узлов цифрового вольтметра. Последовательный ввод информации с входа D и её сдвиг. Использование четырехразрядного реверсивного счетчика.
235. Розрахунок головної балки мостового вантажопідйомного крану 398.33 KB
  Розрахунок конструкцій за допустимими напруженнями. Визначення висоти основного перерізу балки з умов міцності (мінімальної маси). Визначення еквівалентних напружень у небезпечному перерізі балки. Стійкість нижньої частини вертикального полотна.
236. Информационное обеспечение департамента управления министерства финансов Республики Хакасия 562.5 KB
  Структура организации (функциональные и информационные связи). План и схема развёртывания комплекса программ. Составление заявки на ремонт неисправного, а также приобретение нового и модернизацию устаревшего аппаратного оборудования серверов и рабочих станции, а также сетевого оборудования.
237. Теоретический расчет работы электродвигателя 193.34 KB
  Определение мощности и частоты вращения двигателя, общий коэффициент полезного действия. Фактическая частота вращения на валу рабочей машины, расчет зубчатых колёс редуктора. Конструктивные размеры шестерни и колеса.
238. Система электронно-цифровой подписи 648.47 KB
  Изучения руководства пользователя программы, регистрация открытых ключей и проверка подписей. Вывод названия организации и составление отчетов по запросу банк - клиент. Проверка правильности работы программы и наличия цифровой подписи.
239. Расчет показателей судна и его энергетический установки 368.5 KB
  Обоснование эксплуатационных режимов работы главных двигателей СЭУ. Выбор схемы обеспечения судна электроэнергией и теплом. Выбор режима работы главных двигателей судна. Обоснование и выбор схемы энергетического теплоснабжения.
240. Принципы расчета оплаты труда персонала предприятия 479.5 KB
  Основные принципы организации оплаты труда, состав фонда оплаты труда. Теоретические основы системы организации и оплаты труда. Направления по усовершенствованию системы оплаты труда. Совершенствования системы оплаты труда для повышения ее стимулирующий функции.
241. Разработка и реализация алгоритмов обработки данных, получаемых с помощью сканирующих нанотвердомеров семейства НаноСкан 409.92 KB
  Пользовательский интерфейс программы NanoScan Viewer. Реализация метода индентирования в НаноСкан-3Д. Апробация разработанного алгоритма на примере серии измерений твердости образца твердого сплава на основе кубического нитрида бора.