|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Про вплив металевої траверси на роботу антени. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени. Теорія У запропонованій статті автори спробували уточнити рекомендації щодо радіоаматорської літератури щодо впливу металевої траверси антени на напівхвильовий вібратор. В результаті були отримані придатні для практичного використання величини поправок до довжини вібратора залежно від співвідношення розмірів "вібратор-траверса", робочої частоти та віддаленості від кінця траверси аібратора, для трьох основних способу його кріплення. Металева несуча траверса, на якій укріплені елементи вібраторної антени, знаходиться в ближньому полі антени і може істотно впливати на її параметри. Зокрема, розміри всіх елементів антени типу "хвильовий канал", розрахованої без урахування такого впливу, потребують корекції. У доступній авторам літературі не виявлено докладного аналізу цього впливу, методики його обліку чи ефективної не трудомісткої корекції. В описах антен у кращому випадку присутня вказівка на те, що розміри дано для монтажу на металевій траверсі певного діаметра [1] або є зауваження про те, що в діапазоні 432 МГц великий вплив на властивості антени надає спосіб кріплення вібраторів до несучої конструкції [2] . У [3] рекомендується подовжувати вібратори на 0,5...1% за наявності металевої траверси, а [4] наводиться рекомендація про необхідність урахування впливу траверси за допомогою збільшення розрахункової довжини вібраторів на 2/3 діаметра траверси. У книзі [5] наголошується, що для рефлектора та останнього директора умова "2/3" діє тільки в тому випадку, якщо відповідні кінці траверси виступають не менше ніж на п'ять діаметрів траверси. У російському перекладі книги К. Ротхаммеля та А. Кришке [6] відзначаються наближеність та обмеженість емпіричного правила "2/3" і вказується на вплив способу кріплення елемента, а також товщини та форми перерізу траверси. Там же, з посиланням на роботи DL6WU [7, 8], наводиться коротка таблиця поправок до довжини пасивних елементів антен "хвильовий канал" діапазонів 145 і 432 МГц. Методика та моделі Вплив провідної траверси на резонансну довжину напівхвильового вібратора досліджувався за допомогою електродинамічного моделювання за допомогою програми WIPL [9], що служить для аналізу випромінюючих та розсіювальних структур із дротів та пластин без урахування втрат. Моделювалися три типові способи симетричного кріплення круглого вібратора до траверси шестигранного перерізу (рис. 1): 1 - вібратор ізольований від траверси, осі вібратора та траверси не перетинаються; 2 - вібратор ізольований від траверси, їх осі перетинаються; 3 - вібратор з'єднаний з траверсою (є хороший електричний контакт - зварювання), осі вібратора і траверси перетинаються.
Вважалося також, що на траверсі знаходиться лише один вібратор, і ніщо, крім траверси, не впливає на його резонансну довжину. Вплив нерезонансних вібраторів у багатозлементних антенах та корекція їхньої довжини будуть розглянуті нижче. Точна резонансна довжина напівхвильового вібратора даного діаметра при симетричному збудженні даної частоті визначалася за умовою Х=0, де X - уявна частина комплексного вхідного опору Z=R+jX вібратора. Спочатку визначалася резонансна довжина L у вільному просторі (без траверси), а потім аналогічно резонансна довжина L за даних умов кріплення елемента до даної траверси. Необхідна величина поправки обчислювалася як l=L-L або у відсотках як σ=(l/Lo)·100%. Досліджувався вплив на резонансну довжину способу кріплення елемента на траверсі (1, 2. 3), діаметра b еквівалентної траверси круглого перерізу, довжини виступаючого кінця траверси t при кріпленні вібратора біля її кінця, діаметра вібратора d і його довжини (непрямо через частоту f, що визначає довжину хвилі X), а також вплив зазору між ізольованим вібратором і траверсою. У табл. 1 наведено інтервали відносних параметрів моделювання, результати якого використані надалі для отримання емпіричних розрахункових співвідношень. Для шестигранної траверси при способі кріплення вібратора розмір 3 b=1,09D. Оцінку " довжини " траверси, що діє, тобто такої відстані вібратора від кінців траверси, збільшення якого вже практично не призводить до зміни величини поправки, можна зробити за результатами моделювання, наведеними на рис. 2. З урахуванням обмежень програми WIPL, для моделювання в діапазоні частот 150... 1200 МГц і в усьому інтервалі діаметрів траверси 7,4...29,6 мм довжина t1 прийнята дорівнює 92 мм.
Результати моделювання На рис. 2 - 4 наведено вибіркові графіки, що показують характер залежностей виправлення від параметрів моделювання. Зазначимо деякі загальні закономірності. Присутність металевої траверси, товщина якої більша за товщину вібратора, при всіх способах кріплення призводить до помітного електричного укорочення вібратора, тобто, до підвищення його резонансної частоти. Для відновлення колишньої частоті резонансної довжини треба збільшити розрахункову довжину вібратора на величину укорочення l. Аналіз показав, що це ефект обумовлений поперечними струмами траверси. Тому його не можна виявити моделюванням траверси із застосуванням програм для тонких провідників (MININEC, ELNEC, MMANA), де враховуються лише поздовжні струми провідників, навіть якщо задавати досить великий діаметр дроту. З рис. 2 слідує, що чим довше вібратор, тим менше величина поправки l. При частотах 600 і 1200 МГц помітний ефект резонансу траверси, хоч і незначний. Вплив траверси найсильніше позначається в з'єднаннях, виконаних за способом 3, а при кріпленнях вібратора без електричного контакту істотно залежить від величини зазору s способі 1 і майже не залежить від розміру щілини (у розумних межах) у варіанті кріплення 2. Величина виправлення при даній товщині траверси по-різному залежить від товщини вібратора (рис. 3): для з'єднань з контактом типу 3 зі зростанням діаметра вібратора вона помітно зменшується, для з'єднань типу 2 без контакту - навпаки, збільшується, а в способі 1 така залежність дуже незначна і практично відсутня за нульового зазору. Вплив частоти зводиться до помірного зростання величини l зі зростанням частоти - в 1,5...2 рази в діапазоні 100...1200 МГц.
Найбільший вплив на величину поправки має товщина (діаметр) траверси (рис. 4). Так, при частоті 800 МГц, діаметрі вібратора 2 мм (резонансна довжина без траверси 176,2 мм) та діаметрі траверси b=14,8 мм поправка склала 9,74 мм (що, до речі, у цьому випадку близько до величини 2b/3 , що наводиться в літературі як рекомендація щодо корекції довжини будь-якого вібратора зі з'єднанням 3-го виду). Дворазове збільшення b призвело до збільшення I у 2,47 рази, а дворазове зменшення - до відповідного зменшення l у 2,59 рази.
Суттєве зростання поправки при видаленні місця кріплення вібратора від кінця траверси визначено до відстаней 3...5 діаметрів траверси (рис, 4), причому якщо вібратор укріплений на самому кінці траверси (t = 0), то величина l може становити приблизно 60. .70% від максимальної. На рис. 5 наведено ескізи декількох моделей з прямокутним та квадратним перерізами траверси.
На моделі з рис. 5,а зроблено розрахунки поправок для порівняння з аналогічним способом кріплення (1) на шестигранній траверсі при однакових еквівалентних для 3 способу діаметрах круглого перерізу (b = 14,8 мм). Це порівняння відбито на рис. 6, з якого випливає, що в даному випадку, коли вібратор паралельний одній із граней квадратної траверси, вплив такої траверси помітно сильніший. Діаметр траверси круглого перерізу, еквівалентний квадратній траверсі з кріпленням, виконаним за способом 3 (рис. 5, г), вважається b=1.14D.
Практичне застосування За результатами моделювання для різних способів кріплення вібратора до траверси отримані емпіричні вирази, що пов'язують величину необхідної виправлення з вихідними даними (розміри і частота). Для знаходження цих залежностей використовувалися процедури множинної регресії (Stat-graphtcs plus v.2.1 [10]). Середньоквадратична похибка розрахунку відносної величини поправки l/b за формулами становить 0,0115 для способу кріплення 1, 0,00758 - для способу кріплення 2 і 0,0132 - для способу 3. Формули розрахунків дуже громіздкі і тут не наводяться. За отриманими формулами складено розрахункові програми. Тексти програм: російськомовної boom_r.bas та англомовної boom_e.bas мовою Turbo-Basic, а також виконувані файли відповідно boom_r.exe та boom_e.exe можна завантажити звідси. Введення даних здійснюється у режимі діалогу з обмеженнями відповідно до табл. 1. Оскільки програми працюють за відносними розмірами, частотний діапазон розрахунків не обмежений діапазоном моделювання.
У табл. 2 наведено для порівняння значення поправок (спосіб кріплення 3) для частоти 432 МГц, отримані DL6WU [8] для невідомого діаметра елемента d і розраховані за нашою програмою для трьох значень d.
Нерезонансні вібратори Отримані результати можна застосовувати для корекції довжини нерезонансних пасивних вібраторів антен "хвильовий канал". Для цього спочатку треба розрахувати відносну величину б поправки для резонансного вібратора за тих самих умов. У програмі boom виконується перерахунок абсолютної виправлення l (у міліметрах) у відносну σ (у відсотках). Потім цю величину відносної поправки l застосувати до розрахункової (без урахування впливу траверси) довжині пасивного вібратора і отримати в результаті абсолютну величину корекції. Наприклад, розрахункова довжина рефлектора діаметром 20 мм при частоті 50 МГц дорівнює 3060 мм. Діаметр траверси b=80 мм, t=140 мм, кріплення типу 3 або типу 1 із зазором s=20 мм. Розрахунок за програмою boom дає поправку l=32,74 мм (σ=1,15 %) для кріплення типу 3, l=8,44 мм (σ=0,3%) - для типу 1 Отже, у першому випадку рефлектор Необхідно подовжити на 1,15 % його розрахункової довжини, т. е. на 3060-0,0115=35,2 мм, тоді як у другому - на 0,3% розрахункової довжини, т. е. на 3060 0,003=9,18 мм. Ця методика з похибкою по фазовому зсуву до ±3° застосовна для вібраторів, що відрізняються від резонансних на ±10% і менше. Вплив траверси без корекції може призвести до відхилення фази на кут до ±15°. Вплив інших вібраторів також неважко врахувати за допомогою простих засобів моделювання дротяних антен, наприклад, MININEC тощо. Придатність цієї методики була перевірена практично, зокрема, розробки стаціонарних 11-элементных антен "хвильовий канал" діапазону 820...875 МГц для віддалених абонентів стільникового зв'язку. Розрахункові довжини всіх злементоа (d=5,6 мм) були збільшені на 2,3% для установки на алюмінієвій траверсі діаметром 15 мм за способом 2 при довжині виступаючих кінців траверси не менше 60 мм. Однак якщо елемент (рефлектор або останній директор) встановлений на відстані 10 мм від кінця траверси, його довжина має бути збільшена лише на 1.5%. Сподіваємося, що отримані результати можуть бути корисні радіоаматорам, а також розробникам та конструкторам вібраторних антен для телебачення, радіозв'язку та інших програм. Запитання, відгуки, пропозиції, зауваження, критику з вдячністю приймемо за адресою: . Автори вдячні В. В. Крилову та І. П. Ковальову за цінні поради та зауваження. література
Автори: А.Гречіхін (UA3TZ), Н.Селезньов, м.Нижній Новгород
Шум транспорту затримує зростання пташенят
06.05.2024 Бездротова колонка Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024
▪ Синтетичні молекули руйнують алергію ▪ Європейські шахи стали старшими ▪ Маршрутизатор Netgear R6250, 802.11ac (5G Wi-Fi)
▪ розділ сайту ВЧ підсилювачі потужності. Добірка статей ▪ стаття Ромен Роллан. Знамениті афоризми ▪ стаття Хто придумав ноти? Детальна відповідь ▪ стаття Електромонтажник з кабельних мереж. Посадова інструкція ▪ стаття Непрозорий піроксиліновий лак. Прості рецепти та поради ▪ стаття Перетворювач 12/220 вольт. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page