Проектиране на директорна антена

[Mozo]

ВВМУ “ Н. Й. Вапцаров” - варна
Курсов Проект

Тема: Проектиране на директорна антена
Дисциплина: Радиовълни антеннофидерна и микровълнова техника

Разработил: ........... Проверил: ...........
G.Stoinova к-н I p. Н. Колев


Теоретична част

За изесняване принципа на действие на директорните антени е целесъобразно да се разгледа еквидистантна решетка, състояща се редица успоредни вибратори с максимално излъчване по оста z (фиг.1).


За да бъде излъчването по оста z максимално, необходимата фазова разлика на токовете в отделните вибратори може да се създава посредством дефазатори. В този случай обаче захранващата схема се усложнява значително. Максимално излъчване на вибраторите пооста z може да се постигне и чрез възбуждане на вибраторите посредством бягаща вълна, разпространяваща се от началото на антената (първи вибратор) към нейният край с определена фазова скорост. При това положение фазовата разлика в токовете на два съседни вибраторасе определя от израза  = k.d, където x = 2 e вълновият множител, d – разстоянието между вибраторите. Всеки следващ вибратор се захранва с ток, чиято фаза закъснява с ъгъл k.d спрямо тока на предидущия. От друга страна, той се намира по-близко до точката на наблюдение. Следователно фазовата разлика между полетата на два съседни вибратора в точката на наблюдението е
1 = i - i+1 = k.d.cos - k.d = k.d.(cos -1),
а между краните вибратори е съответно
n = (n -1).k.d.(cos -1).
При разпространение на вълната по оста z закъснението на фазата за сметка на захранването се компенсира от изпреварването на фадата за сметка на разликата в хода на лъчите и в тази посока полетата се сумират синфазно, образувайки главния максимум на излъчването. Следователно в посока =0 ( =0), фазовата разлика получавана от несинфазното възбуждане, напълно се компенсира от пространствената фазова разлика.
При разпространение във всяка друга посока под ъгъл  закъсняването на фазата за сметка на захранването k.d не е равно на изпреварването на фазата, предизвикана от разликата в хода на лъчите k.d.cos. Ето защо в тези посоки полетата от отделните вибратори се сумират в различни фази, поради което резултантното поле е по-слабо.
Ако стойността на cos е отрицателна (90<<270), вибраторът възбуден по-рано, се намира по-близо до точката на наблюдение, отколкото вибраторът, възбуден по-късно (пространствената фазова разлика е отрицателна). Фазовата разлика между полетата на съседните вибратори при малки d e голяма и полето в точката на наблюдение е малко.
Следователно антената с бягаща вълна има еднопосочно насочено действие и излъчва с максимална интензивност по дължината на своята ос (антена с осово излъчване). Ако в антената не е създаден чист режим на бягаща вълна, от нейния край се разпространява отразена вълна, която предизвиква увеличаване на задните листи в диаграмата на насоченост.
Практически пример на изпълнение на антена с бягаща вълна във вид на решетка от успоредни вибратори, широко използвана в диапазона на УКВ и ДМВ.
Бягащата вълна в директорната антена се формира от система симетрични пасивни вибратори (директори Д1, Д2, Д3, Д4) и се възбужда от устройство състоящо се от симетричен активен вибратор А, захранван от генератора и от рефлектора Р, отразяващ вълната към директорите. (фиг. 2)



Пасивните вибратори се възбуждат от електромагнитното поле на активния вибратор и се закрепват върху стрелата без изолатори. За да работи един пасивен вибратор като директор, необходимо е неговият ток да изостава с 90 спрямо тока на активния вибратор т.е. да има реактивно съпротивление с капацитивен характер, което се осигурява при дължина на директора lд < /2.
Токът на пасивния вибратор, работещ в режим на рефлектор, трябва да изпреварва с 90 спрямо тока на активния вибратор т.е. да има реактивно съпротивление с индуктивен характер, което се осигурява при дължина на директора lд > /2.
Рефлекторът усилва полето в посока на активния вибратор и отслабва полето в обратна посока, но използването на няколко рефлектора е обикновенно неизгодно, понеже следващите рефлектори се възбуждат по-слабо и имат по-малка ефективност. Първият директор усилва в посока на следващия директор и затова, ако се използват няколко директора, те се възбуждат достатъчно интензивно и се повишава ефективността на антената. От изложеното се вижда че директорите образуват своеобразен вълнов канал. Затова тази антена се нарича тип вълнов канал.
Държините на директорите и разстоянията между тях се подбират така, че токът във всеки следващ вибратор да закъснява по фаза с k.dд от тока в предидущия, посредством което се осигурява режим на бягаща вълна. Обикновенно разстоянието между директорите е dд=(0,150,25), а разстоянието между рефлектора и активния вибратор е dр=(0,10,35).
Чрез подходяща настройка на вибраторите могат да се получат необходимите характеристики и параметри на директорните антени. При определяне броя на директорите в антената трябва да се има в предвид, че поради намаляване на токовете в директорите, отдалечени от активния вибратор, всеки следващ директор влияе върху насоченото действие на антената по-малко от предидуищия. Затова броят на директорите обикновенно се ограничава до 10, при което широчината на диаграмата на насоченост е от порядъка на 25 до 30.
За изчисляване характеристиката на насоченост на директорната антена е необходимо да се знаят относителните амплитуди и фазите на токовете във всички вибратори. Те може да се определят посредством теорията на свързаните вибратори, решавайки система от уравнения на Кирхоф (броят на уравненията е равен на броя на вибраторите в антената).

Целият материал: