ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5837| Title: | Чисельний розрахунок параметрів і характеристик телевізійних щілинних антен |
| Authors: | Гавриш, Олександр Степанович Студзинський, Максим Олександрович |
| Keywords: | щілинні антени;програма GAL-ANA;коефіцієнт підсилення;діаграма направленості |
| Issue Date: | 2023 |
| Abstract: | Метою даної роботи є моделювання передавальних телевізійних щілинних антен і дослідження їх параметрів та форми діаграми направленості в програмі GAL-ANA. Об’єкт дослідження – передавальні телевізійні щілинні антени. Методи дослідження – аналітичний розрахунок, моделювання в середовищі GAL-ANA. В магістерській роботі досліджено параметри і форму діаграми направленості різних конструкцій щілинних антен. Показано, що розміщення точки живлення щілинної антени суттєво впливає на її вхідний опір. Зміщення точки живлення відносно середини антени аж до крайнього положення зменшує опір орієнтовно з 600 до 50 Ом. При цьому місцеположення точки живлення не впливає на форму ДН, яка залишається двонаправленою, підсилення антени також майже не змінюється. Проведено аналіз впливу форми щілини на її параметри. Показано, що вигин напівхвильової щілини призводить до зниження підсилення та зростання опору антени. Проведене моделювання антен, що широко використовуються на практиці: передавальної телевізійної Ж-подібної щілинної антени (одинарної та подвійної). Телевізійна Ж-подібна антена виконана з трубок та перекриває з 6 по 12 телевізійні канали (174-230 МГц) з КСХ75 не перевищує 1,2 у всій смузі. Досліджувана антена має підсилення 6,08 dBi, вхідний опір близький до опору фідера 75 Ом, а азимутальну діаграма направленості має «вісімкоподібну» форму. Дуже стабільний імпеданс у широкій смузі частот антени дозволяє використовувати її як передавальну телевізійну антену. Але для телемовлення потрібна кругова азимутальна діаграма направленості. Тому компанують дві антени, розташовують їх перпендикулярно і живлять їх з фазовим зсувом 90°. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5837 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| М_172_Студзинський_Гавриш.pdf Restricted Access | 2.17 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА
КІБЕРБЕЗПЕКИ
До захисту допущено
завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор __________
Володимир ПАЛАГІН
"_____" грудня 2023 року
Пояснювальна записка
до випускної роботи
освітнього ступеня «магістр»
на тему: «Чисельний розрахунок параметрів і характеристик телевізійних
щілинних антен»
Виконав студент 2 курсу, групи РТ-025
Спеціальність – 172 «Телекомунікації та
радіотехніка»
Освітня програма – «Радіотехніка та
робототехнічні системи»
СТУДЗИНСЬКИЙ Максим Олександрович
Керівник роботи ГАВРИШ Олександр
Рецензент ГАЛЬЧЕНКО Володимир
Черкаси 2023
Форма № Н-9.01
Черкаський державний технологічний університет
(назва вузу)
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітній ступінь магістр
Спеціальність 172 - Телекомунікації та радіотехніка
Освітня програма Радіотехніка та робототехнічні системи
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор Володимир ПАЛАГІН
« » вересня 2023 р.
ЗАВДАННЯ
на дипломний проект (роботу) студенту
Студзинському Максиму Олександровичу
(прізвище, ім'я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Чисельний розрахунок параметрів і характеристик телевізійних
щілинних антен
керівник проекту (роботи) Гавриш Олександр Степанович, к.ф.-м.н., доцент
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджена наказом по університету від « 10 » жовтня 2023 р. № 271/04
2. Строк подання студентом проекту (роботи) 1 грудня 2023 р.
3. Вихідні дані до проекту (роботи) вхідний опір антен: 50, 75, 90, 200, 600 Ом;
підсилення Ga>3 дБі; КСХ<2; телевізійні канали: 6-12, 27, 32, 42
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити)______
Вступ. 1. Передавальні телевізійні щілинні антени. 2. Сучасні програмні засоби проектування
та моделювання антен. 3. Моделювання телевізійних щілинних антен в середовищі GAL-ANA.
Висновки. Список використаної літератури
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
Презентація в Power Point обсягом 13 плакатів
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Прізвище, ініціали та посада завдання завдання
консультанта видав прийняв
7. Дата видачі завдання 04 вересня 2023 р.
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного С т р о к виконання етапів П р имітка
з/п проекту (роботи) проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та огляд літератури 04.09.2023
2. Розробка методики проведення дослідження 11.09.2023
3. Огляд програм моделювання антен та
електромагнітних полів 18.09.2023
4. Дослідження впливу розміщення точки живлення
щілинної антени на її вхідний опір в програмі
GAL-ANA 25.09.2023
5. Аналіз впливу форми щілинних антен на їх
параметри та характеристики 09.10.2023
6. Моделювання телевізійних Ж-подібних щілинних
антен 23.10.2023
7. Оформлення пояснювальної записки 07.11.2023
8. Оформлення плакатів 26.11.2023
Студент СТУДЗИНСЬКИЙ Максим
(підпис) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) ГАВРИШ Олександр
(підпис) (прізвище та ініціали)
ЗМІСТ
Стор.
Вступ 4
1. ПЕРЕДАВАЛЬНІ ТЕЛЕВІЗІЙНІ ЩІЛИННІ АНТЕНИ 6
1.1 Еволюція антен та вимоги до них 6
1.2 Теорія щілинних антен 14
1.3 Особливості передавальних телевізійних антен 20
2. СУЧАСНІ ПРОГРАМНІ ЗАСОБИ ПРОЕКТУВАННЯ ТА
МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕН 24
2.1 Програмні пакети проектування антен та НВЧ-пристроїв 24
2.2 Програма моделювання антен GAL-ANA 29
3. МОДЕЛЮВАННЯ ТЕЛЕВІЗІЙНИХ ЩІЛИННИХ АНТЕН В
СЕРЕДОВИЩІ GAL-ANA 36
3.1 Постановка задачі 36
3.2 Дослідження впливу розміщення точки живлення щілинної антени на її
вхідний опір 38
3.3 Аналіз впливу форми щілинних антен на їх параметри та характеристики 44
3.4 Моделювання передавальної телевізійної щілинної антени 50
Висновки 55
Список використаної літератури 57
ВСТУП
Великі масогабаритні характеристики високочастотних пристроїв, створених
на основі хвилеводної елементної бази, вже в кінці 40-х - початку 50-х р.р. 20
століття вимагають пошуку принципово нових підходів і рішень. В результаті
з'явилася концепція мікрополоскових пристроїв, яка підготувала базу для освоєння
технології інтегральних схем НВЧ діапазону.
Результати мініатюризації знайшли своє відображення і в антенній техніці,
оскільки зменшення масогабаритних параметрів РЕА можливо тільки при
відповідному підході до питання побудови антенних систем. Саме такий підхід
дозволяє домогтися збільшення надійності і нарощування функціональних
можливостей РЕА при прогресуючому зниженні її масогабаритних параметрів.
Антена, як правило, відноситься до пасивних компонентів радіосистем і може
бути визначена як область переходу від вільного простору до напрямного пристрою
або лінії передачі. Поряд з виконанням основних функцій випромінювання і
прийому ЕМХ сучасні антени виконують найважливіші функції просторової
фільтрації просторово-часової обробки радіосигналів, забезпечуючи спрямованість
дії радіосистем.
Щілинна антена була вперше запропонована в 1938 Аланом Блюмлейном
(Alan D. Blumlein) з метою застосування в телевізійному мовленні в діапазоні
ультракоротких хвиль з горизонтальною поляризацією і круговою діаграмою
направленості (ДН) в горизонтальній площині. Антена представляє собою трубу з
поздовжньою щілиною. Простота конструкції, відсутність виступаючій частині над
поверхнею, в якій прорізана щілину, привернули до неї увагу спеціалістів, які
проектували радіосистеми для підводних човнів. Щілинні антени не порушують
аеродинаміку об'єктів, на яких вони встановлені, що визначило їхнє широке
застосування на літаках, ракетах і інших рухомих об'єктах.
Для розуміння впливу геометричних розмірів щілинної антени, форми прорізу
і місця розміщення живлення на електричні параметри і характеристики антен
доцільно провести імітаційне моделювання.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами темами. Дана робота
виконується в рамках наукової роботи, що проводиться співробітниками кафедри
РТСК Черкаського державного технологічного університету.
Мета і завдання дослідження. Метою даної роботи є моделювання
передавальних телевізійних щілинних антен і дослідження їх параметрів та форми
діаграми направленості в програмі GAL-ANA.
Поставлена мета досягається розв’язком таких завдань:
• ознайомитися з теорією щілинних антен і сферами їх використання;
• провести огляд програм моделювання антен і вибрати середовище для
дослідження параметрів щілинних антен;
• проаналізувати вплив розміщення точки живлення щілинної антени на
значення її вхідного опору;
• визначити вплив форми прорізу на параметри і форму діаграми
направленості щілинних антен на металевих корпусах об’єктів;
• провести моделювання телевізійної одинарної та подвійної Ж-подібної
щілинної антени.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що запропоновано
методику визначення хвильового опору щілинної антени в залежності від
розміщення точки живлення антени.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що
віртуальні моделі щілинних антен можуть бути оптимізовані під конкретну
частоту та вхідний опір антени.
1. ПЕРЕДАВАЛЬНІ ТЕЛЕВІЗІЙНІ ЩІЛИННІ АНТЕНИ
1.1 Еволюція антен та вимоги до них
Невід'ємними складовими частинами сучасних радіотехнічних засобів є
антенні системи та обслуговуючі їх тракти НВЧ. Призначення передавальної
антени полягає в перетворенні спрямованих електромагнітних хвиль, що
поширюються від передавача по лініях передачі тракту в електромагнітні хвилі
вільного простору, що поширюються. Приймальна антена, навпаки, перетворює
вільні просторові хвилі, що попадають на неї, і направляються по лініях передачі
у приймальний тракт. Це перетворення вільних електромагнітних хвиль у
пов'язані неминуче супроводжується деяким зворотним випромінюванням. Поле
зворотного випромінювання приймальної антени накладається на первинне поле
передавальної антени таким чином, що загальна потужність цих двох полів
виявляється зменшеною на вилучену приймальною антеною з поля потужностю,
що падає на неї. Принципової різниці між пристроєм передавальної та
приймальної антен немає. Відповідно до відомого з теорії електромагнетизму
принципу взаємності, будь-яка антена може використовуватися і для
радіопередачі, і для радіоприймання. Тому в ряді радіосистем функції
випромінювання та прийому радіохвиль можуть успішно здійснюватися однією і
тією ж антеною.
До антен сучасних радіосистем висувається багато вимог, серед яких
вирішальне значення мають дві. Перша вимога - спрямованість дії, тобто розподіл
електромагнітної потужності в просторі (або реакція на електромагнітне поле, що
приходить при радіоприйомі) за певним законом. В одних випадках бажано
забезпечити рівномірність дії антени в усіх напрямках, в інших потрібно
концентрувати випромінювання або здійснювати радіоприймання в межах досить
вузького кутового сектора – так званого променю. Для формування вузького
променю розміри антени повинні багаторазово перевищувати робочу довжину
хвилі радіосистеми. Друга вимога - випромінювання або радіоприйом повинні
супроводжуватися мінімальними втратами електромагнітної потужності на
нагрівання провідників та діелектриків антени, тобто антена повинна мати
високий ККД. Проблема досягнення високого ККД особливо гостро проявляється
під час створення антен, розміри яких малі порівняно з довжиною хвилі.
Дуже важливе значення у функціонуванні радіосистем мають тракти НВЧ,
що з'єднують антени з передавальною або приймальною радіоапаратурою. Тракт
здійснює каналізацію електромагнітних хвиль та правильний режим роботи
вихідних та вхідних ланцюгів передавача та приймача; виконує попередню
частотну фільтрацію сигналів; може містити комутуючі ланцюги і зчленування,
що обертаються, пристрої управління положенням променю антени в просторі і
поляризацією радіохвиль, пристрої контролю функціонування системи. Крім
антенних пристроїв тракти НВЧ широко використовуються в різноманітній
вимірювальній апаратурі, зокрема для визначення параметрів різних середовищ, в
прискорювачах елементарних частинок, при нагріванні НВЧ і сушіння виробів, в
медицині та ін., зчленованих між собою певним чином для досягнення
поставленої мети. Найбільш поширені елементи тракту – відрізки ліній передачі,
перехідні та стикувальні вузли, узгоджувальні елементи, відгалужувачі та
поглиначі потужності, фільтри, фазообертачі, невзаємні пристрої з феритами,
комутуючі пристрої.
У переважній більшості випадків, як антени, так і їх тракти, що
обслуговують їх, відносяться до класу лінійних і пасивних радіотехнічних
пристроїв і в конструктивному відношенні представляють собою поєднання
деталей і елементів, виконаних з провідників, діелектриків і магнітодіелектриків.
Процеси випромінювання та прийому радіохвиль антенами, а також
процеси передачі електромагнітних хвиль у трактах НВЧ і елементах, що їх
утворюють, відносяться до дуже складних хвильових процесів. Їх адекватний
математичний опис дає загальна теорія електромагнітного поля
(електродинаміка), заснована на вирішенні системи диференціальних рівнянь
Максвелла, доповненої матеріальними рівняннями для середовищ і граничними
умовами.
Незважаючи на зовнішню відносну простоту і фізичну чіткість рівнянь
Максвелла, їхнє пряме використання при проектуванні конкретних антен і трактів
найчастіше не призводить до бажаних результатів через серйозні математичні
труднощі. Виявляється, що суворі та повні рішення електродинамічних завдань
навіть для найпростіших антен (наприклад, відокремлених вібраторів або
щілинних випромінювачів) та типових елементів трактів (наприклад, стрибків
розмірів ліній передачі, діафрагм у хвилеводах, розгалужень) призводять до надто
складних векторних функцій напруженностей полів від трьох просторових
координат. Однак, у більшості випадків при розробці антен або трактів не
обов'язково відтворювати повну картину електромагнітного поля у будь-якій
точці простору. Важливо вміти визначати і забезпечувати в дозволених допусках
необхідні характеристики антени (діаграми направленості, вхідні опори і т.д.) і
реакції тракту на задані впливи.
Під час розрахунку електричних характеристик антен чи трактів поруч із
суворим рішенням граничних завдань успішно використовуються і прості
інженерні підходи. Тут, насамперед, слід зазначити загальну теорію ланцюгів
НВЧ, що базується на матричному апараті лінійної алгебри, теорії функції
комплексного змінного та деяких інших розділах математики. Коли користувачу
антен і трактів надається досить широкий набір схем заміщення стандартних
вузлів, іменованих базовими елементами, подальша робота з аналізу та синтезу
складних антен і трактів може здійснюватися за допомогою алгоритмів
об'єднання базових елементів у загальну схему. Подробиці поведінки
електромагнітних полів в окремих пристроях виявляються при цьому вже
непотрібними, а сам алгоритм об'єднання реалізується за допомогою комп’ютера
за заздалегідь складеними та налагодженими програмами.
Поряд із загальною теорією ланцюгів НВЧ при проектуванні сучасних антен
і трактів широко застосовуються інші наближені теорії, серед яких слід
відзначити геометричну оптику, фізичну оптику, скалярну теорію дифракції,
геометричну теорію дифракції. І лише 1895 р. великим ученим О.С. Поповим
(1859 – 1906) було створено перші технічно оформлені антени: випромінююча (як
квадратних металевих листів, закріплених на кінцях герцевського вібратора) і
приймальна (як вертикального провідника і системи заземлення). Теоретичне
трактування вібраторної антени як сукупності диполів належить німецькому
вченому М. Абрагаму, який сформулював у 1900 р. поняття про опір
випромінювання антени.
Наприкінці ХІХ ст. Дж. Дж. Томсоном (1893) і Релеєм (1897) були також
висловлені міркування про теоретичні перспективи передачі електромагнітних
хвиль металевими трубами, проте практична реалізація цих ідей затрималася
майже на 35 років.
Справжнє становлення антенної техніки та техніки пристроїв НВЧ
відбулося у 40 – 50-ті роки. минулого сторіччя. Умовно можна виділити такі
основні періоди розвитку антен та високочастотних трактів.
1. Період дротяних антен довгохвильового та середньохвильового
діапазонів (1900 – 1925). Розміри антен були малі в порівнянні з робочими
довжинами хвиль, що застосовувалися, і основні труднощі полягали в
забезпеченні прийнятного ККД випромінювання. У найбільш досконалих антенах
на той час використовувалися щогли заввишки до 150 м і розгалужені системи
заземлення. Дуже плідною виявилася ідея Александерсена про побудову
вертикальної антени з кількома синфазно налаштованими зниженнями та
розвиненою горизонтальною частиною. У 1917 – 1918 pp. М.В. Шулейкіним було
розроблено та опубліковано метод розрахунку ємності та індуктивності складних
довгохвильових радіомереж.
2. Період короткохвильових антен (1920 - 1935). З освоєнням діапазону
коротких хвиль розміри антен стали як сумірними, а й могли істотно
перевищувати робочу довжину хвилі. Тому з'явилися можливості реалізувати
спрямовану дію антен. Серед багатьох досягнень антенної техніки цього періоду
слід відзначити появу синфазних багатовібраторних антен (прообраз сучасних
антенних решіток), створених під керівництвом М.А. Бонч-Бруєвича і В.В.
Татаринова (радіолінія Москва – Ташкент, 1926 р.).
3. Початок освоєння УКХ пов'язаний з роботами Б.А. Введенського та А.І.
Данилевського і належить до 1921 р. Проте періодом становлення антен УКХ та
трактів їх живлення слід вважати десятиліття з 1930 по 1940 рр. У цей період
з'явилися ефективні джерела безперервних коливань дециметрового та
сантиметрового діапазонів довжин хвиль, що дало потужний імпульс практичної
реалізації хвилеводів та стимулювало пошуки технічних рішень різних елементів
хвилеводного тракту. Розвиток техніки телебачення та УКХ-мовлення призвело
до необхідності побудови широкосмугових антен. Зародилася техніка рупорних
антен та антен квазіоптичного типу – дзеркальних та лінзових.
4. Революціонізуючим впливом на антенну техніку і техніку пристроїв НВЧ
періоду 1940 – 1960 гг. стало стрімке впровадження радіолокаційних систем
сантиметрового та дециметрового діапазонів. Саме в цей час було закладено
теоретичні основи інженерних розрахунків найпоширеніших гостроспрямованих
антен: дзеркальних, рупорних, лінзових. Особливо слід відзначити широке
використання різноманітних щілинних антен (резонаторних і у вигляді грат на
прямокутних хвилеводах) та поява надширокосмугових випромінювачів
(логоперіодичні та логоспіральні антени). У 1950-1960 pp. отримала завершення
теорія пасивних елементів тракту на прямокутних та коаксіальних хвилеводах,
з'явилися невзаємні феритові пристрої та керовані феритові фазообертачі.
Зароджувалася техніка полоскових ліній передачі та діелектричних хвилеводів.
5. Удосконалення та розвиток антен та пристроїв НВЧ у даний період
виявилися тісно пов'язаними з такими ключовими подіями: виходом людини в
космічний простір, немислимим без відповідного радіотехнічного забезпечення;
бурхливим прогресом обчислювальної техніки з урахуванням досягнень
інтегральної технології; швидким освоєнням області міліметрових хвиль та хвиль
оптичного діапазону; створенням технології полоскових, мікрополоскових та
волоконно-оптичних ліній передачі, що призвело до мініатюризації та
покращення якісних показників трактів НВЧ та відповідних антен.
Найбільш значні досягнення цього періоду в області антенної техніки:
практична реалізація фазованих антенних решіток зі швидким електричним
скануванням променю (час переміщення променю порядку одиниць і часток
мікросекунди), створення в космосі гостроспрямованих дзеркальних антен і
решіток, призначених для глобальних систем радіо систем дослідження
природних ресурсів Землі, створення гігантських повноповоротних наземних
антен з діаметром дзеркал 60 – 100 м для радіоастрономічних досліджень та
радіозв'язку з об'єктами в глибокому космосі.
Становлення сучасної теорії та техніки пристроїв НВЧ та антен зажадало
зусиль багатьох тисяч інженерів та вчених різних країн. Ще 1927 р. А.А.
Пістолькорсом було створено основна теорія однопровідних і багатопровідних
ліній передачі. Ця теорія у 1930 – 1940 pp. була суттєво розвинена В.В.
Татариновим, який запропонував найбільш поширений метод вимірювання
комплексних вхідних опорів в лініях передачі по поздовжньому розподілу
напруги або струму і створив ряд класичних схем узгодження навантажень з
лінією передачі.
У 1939 р. А. А. Пістолькорс та М.С. Нейман розробили теоретичні основи та
перші конструкції спрямованих відгалужувачів – основних «будівельних
елементів» сучасних розгалужених трактів НВЧ. Застосування спрямованих
відгалужувачів як рефлектометрів - приладів для вимірювання коефіцієнту
відбиття в лініях передачі - було запропоновано в 1940 А.Р. Вольпертом. Ним же
у 1939 р. було запропоновано кругова номограма для ліній передачі, що істотно
полегшила інженерні розрахунки режимів ліній і узгоджувальних пристроїв.
Складні теоретичні питання збудження хвилеводів були вперше розроблені
у 1940 – 1950 рр. А.Л. Драбкіним, І.І. Вольманом, Г.В. Кисунько, Г.Т. Марковим,
Є.М. Студенковим. Теорія невзаємних пристроїв з феритами була створена А.Л.
Мікаеляном, А.Г. Гуревичем і В.В. Нікольським (60-і роки), теорія перемикаючих
та фазуючих пристроїв з напівпровідниковими діодами – Б.В. Сестрорецьким (70-
ті роки), теорія синтезу фільтрів та спрямованих восьмиполюсників – А.Л.
Фельдштейном та А.М. Моделем (60 – 70-і роки). Значним є внесок радянських,
зокрема українських, учених і в галузі антенної техніки.
Досі в інженерних розрахунках багатоелементних антен застосовується
метод електрорушійних сил, що наводяться, заснований на роботах Д.А.
Рожанського, І.Г. Кляцкіна, А.А. Пістолькорса і В.В. Татаринова (1922 – 1928).
Повсюдне визнання отримало поняття коефіцієнта спрямованої дії антени,
запропоноване А. А. Пістолькорсом в 1928 р. М.С. Нейман (1935) вперше
застосував до вивчення приймальних антен принцип взаємності, чим було
закладено основи теорії приймальних антен. М.С. Нейман також першим висунув
у 1938 р. ідею щілинної антени. Фундаментальні основи теорії цих антен були
закладені А.А. Пістолькорсом, який сформулював принцип двоїстості, що
встановлює відповідність характеристик дротяних та щілинних антен (1944).
Остаточне завершення теорія щілинних антен одержала 1945 – 1948 гг. у роботах
Я.Н. Фельда. Важливе значення в теорії апертурних антен (зокрема, рупорних)
мав суворий електродинамічний розв'язок задачі про випромінювання з
відкритого кінця хвилеводу, отриманий в 1958 Л.А. Вайнштейном.
Особливо великий внесок вітчизняних учених у теорію синтезу антен за
заданою формою діаграми направленості. Перші фундаментальні результати у
цьому напрямі були отримані А.І. Вузковим ще в 1945 р. Надалі теорія синтезу
антен отримала розвиток у працях Л.Д. Бахраха, Я.Н. Фельда, Є.Г. Зелкіна, В.І.
Поповкіна , В.П. Яковлєва та інших вчених.
Вітчизняні вчені були також піонерами використання ЕОМ в
електродинамічних розрахунках складних випромінюючих систем та антен.
Зокрема, Є. М. Васильєв ще 1960 р. використав метод інтегральних рівнянь до
розрахунку за допомогою ЕОМ характеристик випромінювання антен,
розміщених поблизу металевих тіл обертання. У 1970 – 1980 роках. В.В.
Нікольським та його співробітниками було створено ряд оригінальних методів
електродинамічного розрахунку на ЕОМ хвилеводних та мікросмужкових
пристроїв та ліній передачі.
Серед результатів, отриманих вченими останнім часом, слід зазначити
успішну розробку та впровадження методів відновлення на комп’ютері
характеристик випромінювання великогабаритних антен за вимірами амплітуд та
фаз ближнього електромагнітного поля. Основоположниками цього
перспективного напряму дослідження характеристик антен є П.М. Геруні та Л.Д.
Бахрах.
Закінчуючи короткий огляд розвитку техніки антен та пристроїв НВЧ,
можна із задоволенням відзначити, що у швидкому історичному розвитку антени
із простого засобу збільшення дальності радіозв'язку в перших приладах О.С.
Попова перетворилися на визначальну ланку радіосистем. Граничні можливості
сучасних радіолокаційних станцій по дальності та точності пеленгації цілей,
граничні чутливість і роздільна здатність радіотелескопів, граничні дальності
радіозв'язку в космосі з віддаленими об'єктами та багато інших характеристик
різноманітних радіосистем визначаються технічно досяжними параметрами
антенних пристроїв, в першу чергу – шириною променю, направленістю дії.
Найбільш складні сучасні антенні системи у поєднанні з багатоканальними
трактами за своїм функціональним призначенням перетворилися на своєрідний
технічний аналог ока, що забезпечує «радіобачення».
1.2 Теорія щілинних антен
Щілинна антена (ЩА) це всього лише вузька щілина у великому
металевому екрані [1; 2]. Розгляд теорії таких антен зазвичай починають з вузької
щілини в нескінченному провідному екрані і введення поняття магнітного струму
щілини. Але, таке припущення має два обмеження.
1) Нескінченних провідних екранів не буває. Заперечать: адже ми
розглядали звичайні антени у вільному просторі, а його теж не існує. Це так. Але
звичайну УКХ антену досить легко розмістити так, щоб навколо неї був би чистий
простір в радіусі кілька (при цьому параметри антени будуть близькі до
вільного простору). А добре провідний металевий лист такого радіуса на практиці
знайти важко. Особливо якщо врахувати, що нам у ньому ще й щілину прорізати
треба. На металевих екранах реальних розмірів параметри щілинної антени (перш
за все, підсилення і форма ДН) істотно відрізняються від випадку нескінченного
екрану.
2) Магнітних струмів щілини не існує в природі. Це лише математична
абстракція, що дозволяє формально простіше описати щілинну антену. Але цей
опис має мало спільного з реальними фізичними процесами і розуміння не
полегшує, а ускладнює.
Тому підемо шляхом реальності: провідний екран кінцевих розмірів, тільки
електричні струми.
Нехай ми маємо тонкий прямокутний лист металу. Стоїть завдання зробити
з нього антену. Найпростіший спосіб показаний на рис. 1.1,а: розрізати аркуш
навпіл і, вставивши джерело в середину, з двох половинок зробити
широкосмуговий диполь. Струми в такому диполі (показано стрілками) течуть, як
і зазвичай, з одного плеча на інше.
Але бувають ситуації, коли різати навпіл аркуш металу не можна
(наприклад, це частина готової конструкції). Як порушити струми в металі в
такому випадку? Так само: зробити ізолятор в середині. А що у нас крім повного
розрізу (який ми домовилися, робити не можна) є ізолятором? Короткозамкнена
/4 лінія. Ось і зробимо таку лінію (тобто вузьку щілину) у металевому листі.
Точніше дві таких лінії 2• /4= /2, оскільки джерело від КЗ металевим листом
треба ізолювати з двох сторін.
а)
б)
Рисунок 1.1 – Конструкція щілинної антени:
а) розрізання металевого листа; б) прорізання щілини
Результат показаний на рис. 1.1,б. Це вже найпростіша щілинна антена.
Джерело в центрі ізольований двома /4 щілинами, тобто включений в середині
півхвильової щілини. Тому струм джерела не має іншого шляху, ніж розтікатися
вправо і вліво, тобто по плечах диполя.
За розподілом антенного (випромінюючого) струму обидві антени рис.1.1
ідентичні. Отже, однакові їх підсилення, діаграми спрямованості і поляризації.
На рис. 1.1,а зображений звичайний горизонтальний диполь, з
горизонтальною (Н) поляризацією. А на рис.1.1,б ЩА з вертикальною щілиною.
Але це майже однакові антени. Тому кажуть, що вертикальний екран з
вертикальною щілиною випромінює Н-поляризовану хвилю. Аналогічно
горизонтальна щілина у вертикальному екрані викликає випромінювання
вертикально поляризованої хвилі, так як така ЩА еквівалентна вертикальному
диполю.
ЩА зручніше розглядати саме як диполь з відповідним протіканням
струмів. Тоді не доведеться запам'ятовувати правило про «поворот площини
поляризації на 900 в ЩА». В лапки остання фраза взята тому, що фізично нічого
подібного ЩА не робить. Вона просто працює як широкий петльовий диполь. А
правило про «поворот» доводиться вводити в тому випадку, коли
використовується не фізичне пояснення роботи ЩА (з реальними електричними
струмами по металевому екрану), а спрощено-математичне з магнітними
струмами щілини (які в природі не існують).
Незважаючи на подібність у роботі, по вхідному опору обидві антени
рис.1.1 різняться суттєво. У простому широкосмуговому диполі 1.1,а) через
джерело тече весь антенний струм і тому вхідний опір виходить низьким. А в
диполі 1.1,б) – тільки частина антенного струму. Решта протікає повз джерело, на
перемичках вище і нижче щілини. Точно так само, як і в петльовому диполі,
тільки в простому петльовому диполі суцільнометалева перемичка одна, а в
диполі рис.1.1,б) їх дві: зверху і знизу щілини. Такі перемички сильно
підвищують вхідний опір (одна – в 4 рази, дві – в 9 разів при однаковій товщині).
Придивившись, на рис. 1.1,б) можна побачити дещо модифікований
трьохпровідний петльовий диполь з двома перемичками: провід (вірніше смуга,
шириною /2) з джерелом посередині і дві суцільнометалеві перемички зверху і
знизу в обхід джерела. Тому вхідний опір півхвильової щілинної антени настільки
ж високий, як і згаданого диполя і становить сотні ом.
Висновок: /2 щілинна антена в металевому листі кінцевих розмірів являє
собою модифікований (велика ширина всіх частин) трьохпровідний петльовий
диполь.
Простий тонкий петльовий диполь має велику довжину і малу ширину.
Тому синусоїдальний розподіл струму в ньому є тільки по довжині, а по ширині
струм однаковий. ЩА ж має рівну довжину і ширину. Тому в ній синусоїдальний
розподіл існує не тільки по довжині, але і по ширині.
Представити розподіл струмів по поверхні металу ЩА можна наступним
чином:
• беремо одиночний дротяний диполь;
• вище і нижче його густо розташовуємо в ряд безліч таких диполів, так, щоб
сумарна висота набору диполів стала б дорівнювати ширині одного диполя.
Іншими словами, застеляємо диполями прямокутну поверхню;
• фази джерел диполів ставимо різними, залежно від видалення поточного
диполя від середини. Так, щоб у межах чверті по висоті фаза б плавно
змінювалася на 900.
На рис.1.2 показаний розподіл напруженості електричного поля над
квадратним металевим листом з розмірами 0,8 на 0,8 , порушених у середині
півхвильовий щілиною (на рисунку вона розташована вертикально, так само, як і
на попередньому). Крок координатної сітки на цьому малюнку – 0,08 .
Рисунок 1.2 – Розподіл напруженості електричного поля щілинної антени над
квадратним металевим листом з розмірами 0,8 на 0,8
Добре видно, що в точці живлення щілини напруга максимально, тобто
вхідний опір антени високий. Також рис.1.2 показує, що поле змінюється не
тільки уздовж, але і впоперек щілини. По кутах квадрата видно області
максимумів напруг. Деяка «сітчатість» поля на малюнку пояснюється тим, що
змодельований не суцільний екран, а дротяна сітка з кроком 0,02 .
Якщо щілиною збуджується великий лист металу, то областей максимумів
стане декілька, і вони будуть повторюватися кожні півхвилі, причому як по
горизонталі, так і по вертикалі. На рис.1.3 показано розподіл електричного поля
над квадратним металевим листом з розмірами 2 на 2 , порушених у середині
півхвильовою щілиною. На відміну від попереднього малюнка модуль
напруженості переданий не тільки яскравістю, але і висотою по координаті Z.
Рисунок 1.3 – Розподіл напруженості електричного поля щілинної антени над
квадратним металевим листом з розмірами 2 на 2
Картинка рис. 1.3 типова для металевої поверхні, збудженої щілиною:
чергування мінімумів і максимумів кожні півхвилі, як у поперечному, так і
поздовжньому напрямках.
Зазначимо, що рис.1.2 в 1.3 показують розподіл тільки модуля електричного
поля. А фаза від одного піку до іншого (тобто кожні півхвилі) змінюється на 1800.
Зрозуміло, що розподіл струмів по металевій поверхні (а, отже, і всі основні
параметри антени) залежить від:
• розмірів збуджуваної металевої поверхні (довжини і ширини);
• розмірів щілини. Очевидно, що щілина не тільки ізолює джерело, але і
змінює фазу збуджуючих струмів по висоті (рис.1.1,б);
• положення щілини на поверхні (в центрі, або зміщена).
З вищесказаного очевидно, що сама щілину нічого не випромінює і не є
антеною. Випромінюють струми, що протікають по металевій поверхні. А щілина
є лише способом живлення і збудження цих струмів. Таким, наприклад, як -
узгодження.
Тому назва «щілинна антена», строго кажучи, невірна. Ми ж не говоримо
«антена -узгодження» (а якщо і говоримо, то неодмінно уточнюємо: що за
антена заживлена -узгодженням). Так і з щілиною, мало сказати, що антена
збуджена щілиною. Треба ще й пояснити яка саме металева поверхня є антеною,
що збуджується таким способом.
Тим не менше, термін «щілинна антена» вже давно прижився, і будемо його
дотримуватися. Але під ним буде розумітися антена у вигляді конкретної
металевої поверхні, збуджена за допомогою щілини заданих розмірів і положення.
1.3 Особливості передавальних телевізійних антен
В даний час прийнято розрізняти наземне та супутникове телевізійне
мовлення (ТБ). Передавальні антени наземного ТБ розміщуються на телевізійних
вежах, а супутникового ТБ - на ШСЗ, через які здійснюється ретрансляція
телевізійних передач.
Розглянемо передавальні антени наземного ТБ. Воно ведеться на хвилях
метрового та дециметрового діапазонів. Для розширення зони впевненого
прийому антени телецентрів, що передають, слід розташовувати на спеціальних
вежах висотою в сотні метрів. При цьому збільшуються механічні навантаження,
що створюються вітром, а також можливість попадання в антену грозових
розрядів. У зв'язку з цим телевізійні передавальні антени повинні мати підвищену
механічну та електричну міцність.
Бажано, щоб напруженість поля у всіх точках території, що обслуговується
телецентром, була приблизно однаковою. Як правило, телецентр знаходиться в
центрі території, що обслуговується, тому антена не повинна володіти
спрямованими властивостями в горизонтальній площині. У тих випадках, коли
телецентр знаходиться ближче до краю регіону, що обслуговується, передавальна
антена може володіти такими властивостями. Однак і в цьому випадку її ДН має
бути, як правило, досить широкою.
Звуження ДН антени у вертикальній площині і, як наслідок, збільшення
напруженості поля на великій відстані від антени досягаються збільшенням
вертикального розміру антени. Для зниження рівня завад прийому бажано, щоб
випромінювані антенами електромагнітні хвилі мали горизонтальну поляризацію.
У зв'язку з цим для передачі і прийому телевізійних сигналів застосовують,
зазвичай, горизонтальні вібраторні антени.
Передавальна телевізійна антена повинна пропускати без помітного
відбиття всю робочу смугу частот телевізійних каналів, що передаються.
Наявність відбиття у тракті, що створюють попутні потоки, призводить до
повторних контурів зображень. Щоб у необхідній смузі частот телевізійні антени
мали майже суто активний вхідний опір приблизно постійного значення і добре
узгоджувалися з фідерними лініями, застосовують вібратори зі зниженим
хвильовим опором.
При цьому КБХ в лінії живлення (як фідер зазвичай застосовують
коаксіальні лінії) у всій смузі пропускання антени повинен бути не менше 0,9.
Напруженість поля електромагнітної хвилі зменшується обернено пропорційно
першій ступені відстані, тому для рівномірного опромінення всієї території, що
обслуговується телецентром, необхідно, щоб антена у вертикальній площині мала
ДН, що забезпечує зростання напруженості поля прямо пропорційно відстані.
На практиці зазвичай обмежуються формуванням ДН, максимум якої у
вертикальній площині становить певний кут max з лінією, паралельної лінії
горизонту (рис.1.4). Ширина головної пелюстки ДН повинна бути досить вузькою
(порівняно великий коефіцієнт підсилення), щоб послабити випромінювання в
напівпростір вище лінії горизонту.
Рисунок 1.4 – Формування діаграми направленості телевізійного сигналу
Регулювання напрямку максимального випромінювання можна здійснювати
шляхом відповідних зсувів фаз між струмами різних поверхів антени.
Для зменшення вітрового навантаження та збільшення механічної міцності
вібратор може бути не суцільним, а складатися з окремих горизонтальних
стрижнів. Існують різні конструкції передавальних телевізійних антен. У
вітчизняній техніці використовують переважно турнікетні та панельні антени, а
також антени з радіальними штирьовими вібраторами.
Рисунок 1.5 – Конструкції передавальних телевізійних антен:
а) Ж-подібний вібратор; б) панельні; в) радіальні вібратори
Багатоповерхові турнікетні антени, що базуються на застосуванні
площинних Ж-подібних вібраторів (рис.1.5,а), використовують у метровому
діапазоні хвиль. Кожен поверх цієї антени виконується з двох таких взаємно
перпендикулярних вібраторів висотою близько 0,6λо (λо – середня довжина
хвилі), що забезпечує при живленні вібраторів із фазовим зсувом 90° майже
кругову ДН у горизонтальній площині.
Зазвичай нерівномірність ДН у горизонтальній площині не перевищує ±3
дБ. Кожен із вібраторів приєднується на коротко до щогли як у точках В, В', так і
у точках А, А'. Живлення до вібратора підводиться в середині (точки С, С') за
допомогою коаксіальної лінії та симетруючого пристрою, що міститься всередині
щогли. Антени, виконані з таких вібраторів, мають смугу пропускання приблизно
(15...20) % і дозволяють одночасно працювати на кількох телевізійних каналах.
Завдяки спеціальній формі вібратора збільшується жорсткість конструкції.
При великих розмірах поперечного перетину опор, що диктуються
механічними вимогами, застосування турнікетних схем зазвичай виключається. У
цьому випадку найдоцільніше використовувати кільцеві антени. Випромінювачі в
антені розташовуються навколо опори. Ступінь рівномірності ДН у
горизонтальній площині залежить від рознесення між випромінювачами (чим
більший переріз опори, тим сильніша нерівномірність ДН при заданій кількості
випромінювачів).
При квадратній формі поперечного перерізу опори зручно застосовувати
панельні антени. Основним елементом такої антени є блок (панель), що
представляє собою симетричний напівхвильовий або хвильовий вібратор 1,
компонований разом з екраном, що відбиває 2. Панелі кріпляться паралельно
граням опори 3 (рис.1.5,б) в кілька поверхів, відстань між якими береться
близьким до λо/2, де λо - середня довжина хвилі робочого діапазону частот. Для
отримання ненаправленої ДН у горизонтальній площині при розмірах перерізу
опор, які зазвичай застосовуються на практиці, обмежуються чотирма
випромінювачами.
Для реалізації кругової ДН у горизонтальній площині всі чотири панельні
вібратори кожного поверху повинні живитися синфазно. Часто досягнення
високого рівня узгодження між парами вібраторів одного поверху забезпечують
зсув фаз 90°. У цьому випадку при живленні двох однакових навантажень
фідером, що розгалужується, через взаємну компенсацію їх реактивних опорів
покращується узгодження антени. Одночасно відбувається деяке зростання
нерівномірності ДН порівняно із синфазним живленням.
При синфазному збудженні узгодження може бути покращено за рахунок
міжповерхової компенсації, що здійснюється запровадженням фазових зсувів між
струмами на сусідніх поверхах. Ці фазові зсуви використовуються одночасно для
створення потрібного нахилу ДН у вертикальній площині. При круглій формі
опори зручніше застосування радіальних вібраторів, встановлених безпосередньо
на опорі (рис.1.5,в). При розміщенні на круглій опорі діаметром 0,7λо восьми
штирьових вібраторів (в площині поперечного перерізу), що живляться за схемою
обертового поля (струм у кожному наступному вібраторі зсунутий щодо
попереднього по фазі на 45°), в горизонтальній площині забезпечується досить
рівномірне випромінювання. Для нахилу ДН у вертикальній площині вниз
застосовується розфазування живлення вібраторів по поверхам.
2. СУЧАСНІ ПРОГРАМНІ ЗАСОБИ ПРОЕКТУВАННЯ ТА
МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕН
2.1 Програмні пакети проектування антен та НВЧ-пристроїв
Принципово інший рівень складності завдань вирішують системи
проектування антен та НВЧ-пристроїв. Як правило, для отримання характеристик
об'ємних структур потрібно вирішення рівнянь Максвелла, а для моделювання
лінійних та нелінійних НВЧ-схем звичних моделей та методів, що
використовуються в алгоритмі для низькочастотних схем, недостатньо. Тому
пропонуються спеціалізовані продукти:
• ПЗ EMPro для електромагнітного 3D моделювання та Momentum для
планарного електромагнітного 3D моделювання компанії Agilent Technologies;
• інтегрований пакет Microwave Office компанії AWR;
• система повного електромагнітного моделювання CST Microwave Studio
компанії CST;
• система повного електромагнітного моделювання QuickWave-3D компанії
QWED;
• система повного електромагнітного моделювання EMPIRE IMST.
Звісно, що номенклатура програмних засобів для моделювання антен і
пристроїв НВЧ значно ширша, але в даній роботі зупинимося на особливостях та
можливостях саме зазначених програм.
2.1.1. EMPro та Momentum фірми Agilent Technologies. Основна
відмінність даних двох програмних продуктів полягає в тому, що пакет
Momentum дозволяє здійснювати електромагнітне моделювання тільки планарних
структур (ВЧ інтегральні схеми, високошвидкісні друковані плати, ВЧ модулі,
антени), а пакет EMPro – повне тривимірне моделювання об'ємних структур
(корпусу високошвидкісних та ВЧ мікросхем, з'єднувальні дроти, антени,
внутрішньосхемні та зовнішні пасивні елементи, а також міжз'єднання
друкованих плат) [5,6].
Основні особливості програми Momentum:
• поєднання повнохвильового та квазістатичного режимів ЕМ моделювання
пасивних ВЧ елементів, міжкомпонентних з’єднань та паразитних ефектів;
• ефективні багатопотокові алгоритми дозволяють скоротити час
моделювання;
• можливість моделювання складних ЕМ ефектів, включаючи скін-ефект та
вплив підкладки, металевих провідників кінцевої товщини та кількох шарів
діелектрика.
Основні особливості програми EMPro:
• широкий набір технологій моделювання. Налаштування та запуск аналізу з
використанням технологій 3D ЕМ моделювання як у частотній, так і у часовій
областях: метод кінцевих елементів (FEM) та метод кінцевих різниць у часовій
області (FDTD);
• зручний конструкторський інтерфейс. Швидке створення довільних
об'ємних структур за допомогою сучасного простого використання інтерфейсу;
розширені можливості створення скриптів.
Рисунок 2.1 – Приклад моделювання в пакеті EMPro
Приклад тривимірного моделювання НВЧ пристрою у програмному пакеті
EMPro наведено на рис.2.1.
2.1.2. Microwave Office Corporation. Найбільш інтегрованим з
перерахованих є пакет Microwave Office, що поєднує модулі аналізу лінійних та
нелінійних схем, проектування топологій, електромагнітне моделювання
планарних багатошарових структур, моделювання систем зв'язку на рівні
структурних схем [7].
Нелінійний аналіз виконується методом гармонічного балансу та рядів
Вольтерра, коли нелінійна схема перетворюється на лінійну схему та кілька
«нелінійних джерел струму». Електромагнітне моделювання планарних НВЧ-
пристроїв виконується методом моментів Гальоркіна. Редактор топологій є не
просто графічним середовищем промальовування топологій пристроїв, а й
інструментом технологічної підготовки до виробництва. На рис.2.2 показано
приклад моделювання НВЧ-підсилювача у пакеті Microwave Office.
Рисунок 2.2 – Моделювання НВЧ-підсилювача в пакеті Microwave Office
2.1.3. CST Microwave Studio CST
CST Microwave Studio (CST MWS ) представляє собою програму,
призначену для швидкого та точного чисельного моделювання високочастотних
пристроїв (антен, фільтрів, відгалужувачів потужності, планарних та
багатошарових структур), а також аналізу проблем цілісності сигналів та
електромагнітної сумісності у часовій та частотних областях з використанням
прямокутної або тетраедральної сіток розбиття [8].
Головною перевагою обчислювальних технологій компанії CST є
використання апроксимації для ідеальних граничних умов (Perfect Boundary
Approximation, PBA). Типовими пристроями, які моделюються за допомогою
пакету CST Microwave Studio, є:
• хвилеводні та мікросмужкові спрямовані відгалужувачі потужності;
• дільники та суматори потужності;
• хвилеводні, мікросмужкові та діелектричні фільтри;
• одно- та багатошарові мікросмужкові структури;
• різні лінії передачі;
• коаксіальні та багатовивідні з'єднувачі;
• коаксіально-хвильоводні та коаксіально-смужкові переходи;
• оптичні хвилеводи та комутатори;
• різні типи антен – рупорні, спіральні, планарні.
На рис.2.3 наведено приклад моделювання поверхневих струмів рупорної
антени у пакеті CST Microwave Studio.
2.1.4. QuickWave-3D QWED Company
QuickWave-3D (QW-3D) є універсальним пакетом тривимірного
електромагнітного моделювання на основі методу кінцевих різниць (FDTD),
доповненого методом конфорного перетворення [9]. Основна відмінність даної
програми від CST Microwave Studio в ступені завершеності інтерфейсу
користувача: другий продукт є графічним середовищем опису завдання, а дана
програма крім промальовування структури вимагає від користувача написання
програмного коду. Приклад моделювання антени у пакеті QuickWave-3D
наведено на рис.2.4.
Рисунок 2.3 – Моделювання рупорної антени у пакеті CST Microwave Studio
Рисунок 2.4 – Моделювання антени у пакеті QuickWave-3D
2.2 Програма моделювання антен GAL-ANA
MMANA – це програма моделювання антен, що працює в середовищі
Windows. Обчислювальною основою MMANA (як і багатьох комерційних
програм моделювання) є програма MININEC Ver.3, що була створена для
американських ВМС у Washington Research Institute.
Всі додаткові функції та інтерфейси написані японським радіоаматором і
програмістом JE3HHT. Русифікована та англійська версії MMANA зроблені
І.Гончареренко. Програма дозволяє:
•Створювати та редагувати описи антени як завданням координат, так і
мишкою.
•Розглядати безліч різних видів антени.
•Розраховувати діаграми направленості (ДН) антен у вертикальній та
горизонтальній площинах (під будь-якими вертикальними кутами).
•Одночасно порівнювати результати моделювання кількох різних антен (ДН
та всі основні характеристики).
•Редагувати опис кожного елемента антени, включаючи можливість
змінювати форму елемента без зсуву його резонансної частоти. Простіше кажучи,
можна за кілька секунд трансформувати "хвильовий канал" у "квадрати" або
"дельти".
•Редагувати опис кожного дроту антени. Є можливість перекомпонування
антени без стомлювального перебору цифр координат, простим перетягуванням
мишкою (практично всю антену можна намалювати і редагувати однією
мишкою);
•Прораховувати комбіновані дроти, що складаються з кількох різних
діаметрів. Це корисно при розрахунку елементів, складених із труб різного
діаметра, наприклад, «хвильових каналів» або вертикалів.
•Використовувати зручне меню створення багатоповерхових антен – стеків,
причому як елемент стека можна використовувати будь-яку існуючу або створену
антену.
•Оптимізувати антену, гнучко налаштовуючи цілі оптимізації: Zвх, КСХ,
підсилення, F/B, мінімум вертикального кута випромінювання, причому наочно -
двигунами вказується важливість для вас того чи іншого параметра.
•Змінювати при оптимізації більше 90 параметрів антени. Можливий опис
спільної (залежної) зміни кількох параметрів.
•Зберігати всі кроки оптимізації у вигляді окремої таблиці. Це корисно для
подальшого неспішного перегляду та аналізу - чи не має там чого цікавого, що ви
початково і на увазі не мали.
•Будувати безліч різноманітних графіків: Zвх, КСХ, підсилення, відношення
випромінювання вперед/назад (F/B), включаючи демонстрацію залежності ДН від
частоти.
• Автоматично розраховувати кілька типів узгоджувальних пристроїв (УП),
причому можливо включати та вимикати їх при побудові графіків.
•Створювати файли таблиці (формату *.csv, що переглядається в Excel) для
всіх змінних розрахункових даних: таблиці струмів у кожній точці антени,
залежності підсилення від вертикальних та горизонтальних кутів, таблиці
основних параметрів антени як функцій частоти, і нарешті дуже корисну таблицю
напруженості електричного і магнітного поля антени в заданому просторі. Вона
необхідна для визначення відповідності антени на вимоги електромагнітної
сумісності.
•Розраховувати котушки, контури, УП на LС елементах, УП на відрізках
довгих ліній (кілька видів), індуктивності та ємності, виготовлені з відрізків
коаксіального кабелю.
Майже 9 років тому з’явилася остання модифікацієя середовища MMANA,
яка отримала назву GAL-ANA 0.4. В ній перероблено інтерфейс користцвача,
зокрема підключені нові вікна, наприклад, вікно утиліт Tools, вбудовано опцію
online допомоги, додано велику бібліотеку антен різних типів, що складає більше
ніж 1500 файлів. Нова модифікація вийшла в двох версіях: демо і комерційній.
Можливості комерційної версії не мають обмежень, в той час як в демо версії
користувач може створювати антени з 4 дротів в MININEC і 40 сегментів в NEC2.
При цьому в демо-версії можна будувати, редагувати та розраховувати, з
використанням обох движків (MININEC і NEC2) велику кількість простих антен:
починаючи від диполів та рамкових антен і закінчуючи 4-х елементними
антенами «хвильовий канал», чого цілком достатньо для потреб радіоаматорів,
або скористатися готовою моделлю з вбудованої бібліотеки файлів.
Обчислювальні можливості нової версії GAL-ANA дають вищу точність
порівняно з результатами, отриманими за допомогою попередніх версій.
Головне меню програми складається з п'яти основних панелей (рис.2.1):
• основне меню,
• набір інструментів,
• вікно побудови моделі антени,
• панель закладок для опису антени,
• панель керування.
1. Основне меню програми містить набір таких команд:
1.1. File - загальні команди для роботи з файлами.
1.2. Edit – набір команд редагування.
1.3. Service - сервісні команди.
1.4. Tools - панель інструментів.
1.5. Window – для виклику додаткових вікон.
1.6. Help - команди для звернення за допомогою.
2. Набір інструментів
Ця панель, містить кнопки для виклику інструментів і основних команд:
створення нового файлу моделі антени;
відкриття існуючого файлу;
відкриття вікна Провідника, яке дозволяє бачити зовнішній вигляд та
опис антени без відкриття файлу.
збереження поточного файлу;
відкриття коментарів до файлу;
Відміна дії або крок назад;
скасування відкату або крок вперед;
відкриття вікна для редагування антени;
переміщення і\або повертання антени або групу дротів.
масштабування антени (зміна розмірів моделі для перенесення на іншу
частоту);
відкриття вікна параметрів програми;
Оптимізація параметрів антени;
розрахунок додаткових опцій (узгодження, елементи, ланцюги);
системний калькулятор;
Рисунок 2.5 – Інтерфейс програми GAL-ANA
вікно двовимірних плоских діаграм направленості;
вікно тривимірних просторових діаграм направленості;
Вікно розрахунку ближнього поля.
3. Вікно побудови моделі антени.
Графічна область для створення/спостереження зовнішнього вигляду
антени, її характеристик та основних параметрів (рис.2.5). Модель антени крім
дротів додатково містить такі елементи:
• Джерела, які позначають кружками, при цьому дріт додатково не
розбивається на плечі.
• Навантаження, які позначені хрестиками.
• Можуть бути наявні лінії передачі, які зображуються товстою лінією
зеленого кольору.
• Різні чотириполюсники, які зображуються товстою лінією оливкового
кольору.
4. Панель закладок для опису антени
На цій панелі містяться закладки установок для розрахунку, опису та
редагування моделі антени.
5. Панель керування.
На цій панелі розташовані кнопки, органи керування графічної області
побудови і розрахунку антени (рис.2.5), яка містить такі елементи:
• Група «движків»: MININEC, NEC2, NEC4, де встановлюється тип
обчислювального ядра для розрахунку.
• Діапазон F of calculation, в якому задається частота розрахунку (можна
обрати з випадаючого списку або ввести вручну).
• Область Add height, де встановлюється (з виринаючого списку або вручну)
додаткова висота над земною поверхнею, що автоматично зміщує модель
антени по вертикальній осі Z. Значення введене в комірку буде автоматично
додаватися до всіх координат Z моделі антени.
• Кнопка Start, яка запускає обчислення. Під час проведення розрахунку
напис кнопки змінюється на Stop і відповідно повторне натискання
примусово зупиняє процес обчислення.
• Група Rotate around визначає точку центру і обертання зображення моделі
антени в графічній області. Доступні такі варіанти точок:
• Selected wire - виділений дріт.
• Center of antenna – центр створеної моделі антени.
• X=0, Y=0, Z=H – центрування в початку координат по осях X і Y, з
врахуванням висоти, встановленої в області Add height по осі Z.
• Движок Zoom дозволяє масштабувати зображення антени в графічній
області.
• Движок Zoom currents змінює масштаб зображення струмів в графічній
області.
• Прапорець Segments включає розбиття антени на сегменти.
• Прапорець Currents активує розподіл струмів на антені.
Вікно двовимірної діаграми направленості зображено на рис.2.6. Воно
складається з трьох частин: головного меню, області побудови моделі, панелі
керування.
Рисунок 2.6 – Вікно двовимірної діаграми направленості
1. Головне меню містить:
• File – команди для роботи з файлами.
• View - керування видимістю зображення об'єктів.
• Lines - присвоєння типу і товщини ліній.
• Scale - налаштування шкали діаграми направленості.
• Colors - призначення кольорів.
• Font - вибір шрифтів області побудови.
• Help – виклик допомоги.
2. Область побудови моделі.
У області побудови є:
• Маркер, який переміщується по ДН. Для цього потрібно натиснути ліву
кнопці миші.
• Рядок про положення маркера - дає цифрову інформацію про поточні
координати маркера.
• Діаграми направленості.
• Результати розрахунку - 6 текстових рядків, що відображаються внизу
праворуч.
3. Панель керування.
Нижня панель містить органи керування зображенням в області побудови
(рис.2.6).
На панелі містяться
• Група Field - вибір типу поля тривимірної діаграми направленості:
• V - встановлення вертикальної поляризації.
• H - встановлення горизонтальної поляризації.
• All - повне поле антени.
• V+H – одночасне накладання вертикальної і горизонтальної поляризації.
3. МОДЕЛЮВАННЯ ТЕЛЕВІЗІЙНИХ ЩІЛИННИХ АНТЕН В
СЕРЕДОВИЩІ GAL-ANA
3.1 Постановка задачі
Щілинні антени (ЩА) знаходять широке застосування в діапазоні
дециметрових і сантиметрових хвиль. Щілини вирізаються у суцільних металевих
поверхнях, в стінках хвилеводів або в стінках порожнистих резонаторів. Строга
теорія щілинних антен досить складна і в даній роботі не розглядатиметься.
Щілинні антени вигідні для бортового радіообладнання своєю
компактністю, але вони не можуть працювати в широкому діапазоні частот, так як
критичні до довжини хвилі. Тим не менш щілинні антени можуть
використовуватися як передавальні телевізійні антени [1].
Випромінювання відбувається в результаті збудження щілин: у хвилеводах,
резонаторах і коаксіальних лініях – внутрішнім електромагнітним полем, в
плоских екранах – за допомогою радіочастотного кабелю, підключеного
безпосередньо до країв щілини. Щілинні антени відрізняються відносною
простотою конструкції; в них можуть бути відсутні виступаючі частини, що в ряді
випадків є їх важливою перевагою (наприклад, при установці на літальних
апаратах).
Розглянемо поширеніші практичні конструкції простих щілинних антен для
різних телевізійних каналів (табл.3.1), на їх прикладі з’ясуємо вплив форми
щілини та розміщення точки живлення щілинної антени і проведемо аналіз
параметрів і характеристик щілинних телевізійних антен за допомогою
комп’ютерного моделювання.
Таблиця 3.1
Частоти телевізійних каналів
3.2 Дослідження впливу розміщення точки живлення щілинної антени
на її вхідний опір
Довжина щілини обирається кратною /2 з міркувань ізоляції джерела від
короткого замикання оточуючим металом [1].
Розглянемо різні довжини плечей щілини (в обидві сторони від точки
живлення). Якщо вони кратні непарному числу /4 (причому вони не повинні
бути однаковими, наприклад, цілком робочий варіант /4 і 3 /4, тобто хвильова
щілину, який має живлення зі зміщенням /4 від середини), то вхідний опір буде
високим, сотні ом. Якщо ж довжини половинок кратні парному числу /4
(наприклад, хвильова щілину з живленням посередині), то вхідний опір буде
низьким, десятки ом.
Більш точна (але теж приблизна) оцінка вхідного опору ЩА може бути
зроблена за допомогою отриманої Р. Букером в 1946 р. [1] формули, що зв'язує
імпеданси тонкого дротяного диполя і вузької щілини однакових розмірів в
нескінченному екрані
ZщаZдип = (60 )2
(3.1)
На імпеданс значно впливає форма і розміри листа, який збуджується
щілиною.
На рис.3.1 показана щілина розмірами 24х2 см2, вирізана в квадратному
аркуші сітки розмірами 46x46 см2, з квадратною коміркою 2 на 2 см [3]. Ця антена
складається з 1 047 горизонтальних і вертикальних елементів. Для моделювання
роботи антени скористаємося «движком» NEC2.
На рис.3.2 показана діаграма направленості (ДН) досліджуваної антени для
вільного простору, що дасть можливість порівнювати параметри і характеристики
різних типів антен між собою. З рисунку видно, що форма ДН двонаправлена,
підсилення антени Ga дорівнює 5,59 dBi, а КСХ має значення 1,06 при 600-
омному фідері.
Рисунок 3.1 – Симетричне розміщення живлення в щілині антени
для 32 телевізійного каналу IV діапазону
Рисунок 3.2 – Діаграма направленості ЩА
з симетричним розташуванням джерела живлення
Антена випромінює на частоті 560 МГц (32 телевізійний канал IV діапазон).
Симетричне розташування точки живлення щілини приводить до високого
вхідного опору антени.
Майже завжди для ЩА потрібне узгодження. Виняток становлять лише
кратні довжині хвилі щілини, Ra яких близько до 50 Ом. Напівхвильову щілину
простіше за все узгодити, зсуваючи точку живлення від середини (де максимум
напруги і опору) до одного з країв (де максимум струму і мінімум опору).
На рис.3.3 показана ЩА на частоту 640 МГц (42 телевізійний канал IV
діапазону). Розмір екрану розмірами 32x38 см2, щілина 24 на 2 см2 заживлена в
точці, зміщеній на 6 см від центру. Вхідний опір антени при цьому зменшується і
становить 200 Ом, що зручно для узгодження і симетрування U -коліном.
Рисунок 3.3 – ЩА для 42 телевізійного каналу зі зміщенням
точки живлення на 6 см від центру
На рис.3.4 представлені результати моделювання ЩА, наведеної на рис.3.3.
Зміщення точки живлення не впливає на форму ДН, яка залишається
двонаправленою, при цьому підсилення антени Ga майже не змінюється і
дорівнює 5,52 dBi, а КСХ має значення 1,12. При цьому вхідний опір зменшується
приблизно до 200 Ом з невеликою реактивною складовою.
Рисунок 3.4 – Діаграма направленості ЩА
зі зміщенною на 6 см від центру точки живлення
Рисунок 3.5 – ЩА зі зміщенням точки живлення в нижнє положення
Рисунок 3.6 – Діаграма направленості ЩА
з максимальним зміщенням точки живлення від центру
Рисунок 3.7 – Тривимірна діаграма направленості ЩА
з максимальним зміщенням точки живлення від центру
Подальшим зміщенням точки живлення можна отримати чисто активне
Ra =50 Ом для /2 щілини (рис.3.5).
На рис.3.6 представлені результати моделювання ЩА, наведеної на рис.3.5.
Подальше зміщення точки живлення аж до крайнього положення не впливає на
форму ДН, підсилення антени Ga також залишається майже сталим і дорівнює
5,64 dBi, а КСХ має значення 1,4 для 50 омного фідера.
Тривимірна ДН антени у вільному просторі наведена на рис.3.7, яка
формується симетрично до зміщеної точки живлення.
На практиці підсилення ЩА майже завжди виявляється нижче
розрахункового із-за втрат в матеріалі екрану. Для роботи ЩА необхідно, щоб
метал екрану був добре провідним на робочій частоті.
Звичайно, якщо ЩА робиться саме як окрема антена, з матеріалів з високою
провідністю, то додаткові втрати малі. Але часто в якості ЩА використовується
готова металева конструкція, параметри якої вибираються зовсім з інших
міркувань, ніж хороша провідність металу на УКХ (наприклад, корпуси веж,
ракет, літаків). Погана провідність сталі, титану і т.п. на УКХ призведе до значних
додаткових втрат. Щоб їх уникнути сріблять ділянку поверхні навколо щілини в
радіусі декількох довжин хвиль.
3.3 Аналіз впливу форми щілинних антен на їх параметри та
характеристики
Одне з основних застосувань ЩА — збудження в якості антени вже наявних
металевих об'єктів. У цьому випадку свободи у виборі розмірів і форми екрану
немає зовсім, а вибір положення і розмірів щілини дуже обмежений. У літаку,
ракеті, автомобілі, вежі майже ніколи не вдається прорізати щілину таких розмірів
і форми, як потрібно з теорії. Доводиться пристосовуватися до наявних
конструктивних щілин: дверей, кришок, стиків листів обшивки (їх можна
скріпити механічно, не прямо, а через шар ізоляції) і т.п.
Як впливає форма щілини? Приблизно так само, як і форма дротяного
диполя. Вигин /2 щілини призводить до зниження підсилення та зменшенню
опору випромінювання. Останнє ЩА проявляється у вигляді зростання Ra (при
повній відсутності втрат на випромінювання вхідний імпеданс короткозамкненої
/4 лінії дорівнює нескінченності).
Рисунок 3.8 – Конструкція щілинної антени для 27 телевізійного каналу,
в якій кінці щілини Г-подібно загнуті в різні сторони
Розглянемо властивості щілин різних форм. На рис.3.1 наведена ЩА, в якій
кінці щілини Г-подібно загнуті в різні сторони.
Результати моделювання антени, наведеної на рис.3.8, для вільного
простору наведені на рис.3.9 при частоті 525 МГц (27 телевізійний канал IV
діапазон). Вхідний імпеданс такої конструкції антени має значення більше 600
Ом, тому КСХ дорівнює 1,42. Підсилення антени несуттєво зменшується і
становить 5,28 dBi.
Рисунок 3.9 – Діаграма направленості і параметри ЩА
зі щілиною Г-подібної форми
На рис.3.10 представлена конструкція ЩА у вигляді П-подібного вигину
[3]. Результати моделювання такої антени представлені на рис.3.11. Зміна форми
щілини (порівняно з лінійною) приводить до зменшення підсилення близька на
0,5 dBi і до збільшення вхідного імпедансу, дійсна частина якого перевищує 900
Ом. Відповідно КСХ становить 1,58. Форма ДН щілини у вигляді П-подібного
вигину принципових змін не зазнає.
На рис.3.12 наведено L-подібна щілину, а результати її моделювання у
вільному просторі представлені на рис.3.13. Антена працює на частоті 640 МГц, а
опір фідера вибирається 600 Ом. Точка живлення розташована симетрично
відносно плечей антени. Зміна геометрії антени приводить до зменшення її
вхідного опору, який становить 405 Ом. Внаслідок цього КСХ антени помітно
відрізняється від 1 і становить 1,88. Коефіцієнт підсилення антени становить 5,39
dBi, що на 0,33 dBi краще порівняно зі щілиною Г-подібної форми.
Рисунок 3.10 – Конструкція ЩА у вигляді П-подібного вигину
Рисунок 3.11 – Діаграма направленості і параметри ЩА
зі щілиною П-подібної форми
Рисунок 3.12 – Конструкція ЩА у вигляді L-подібна щілини
Рисунок 3.13 – Діаграма направленості і параметри ЩА
у вигляді L-подібної щілини
Форма діаграми направленості антени, представленої на рис.3.12, помітно
відрізняється від вісімкоподібної форми.
На рис.3.14 показана конструкція щілини у вигляді замкнутої петлі, за
периметром близько 1 . Якщо цікавить тільки форма ДН, то крок сітки, що
моделює поверхню збуджуваного об'єкта, може бути досить грубим, до
0,2...0,25 . Якщо ж треба отримати і більш-менш точний вхідний імпеданс, то
крок сітки доведеться зробити менше 0,1 . Для побудови антени
використовується 1 467 дротів. Така деталізація з одного боку ускладнює процес
моделювання, але з іншого забезпечує високу точність і достовірність
отримуваних результатів.
Втім, навіть при дрібному кроці сітки в моделі не можна врахувати
діелектрик, що заповнює щілину (а дірку в обшивці роблять все-таки не
наскрізну, а чимось закритою), покриття корпусу (фарба чи теплозахист). На
форму ДН ці фактори впливають мало, а ось на імпеданс, на жаль, сильно.
Рисунок 3.14 – Конструкція щілини у вигляді замкнутої петлі,
з периметром близько 1
На рис.3.15 наведено результати моделювання щілини у вигляді замкнутої
петлі. Робоча частота антени становить 440 МГц, а опір навантаження 90 Ом.
Вхідний імпеданс антени майже не містить реактивної складової, а вхідний опір
дорівнює 92 Ом. Збіг значень опорів фідера і антени приводить до гарного
узгодження антени з фідером, яке характеризується величиною КСХ=1,06.
Підсилення антени дещо падає і становить 4,9 dBi.
Рисунок 3.15 – Діаграма направленості і параметри ЩА
у вигляді замкнутої петлі, з периметром близько 1
3.4 Моделювання передавальної телевізійної щілинної антени
Найпростіша передавальна телевізійна щілинна антена виглядає майже так
само, як і на рис.1.1,б. Тільки суцільний лист металу замінюють набором
проводів. Оскільки антена випромінює з горизонтальною поляризацією, то сітка
екрану складається тільки з горизонтальних дротів. Результат показаний на
рис.3.16 [3].
Рисунок 3.16 – Конструкція телевізійної Ж-подібної щілинної антени
з 6 по 12 телевізійні канали
Це телевізійна Ж-подібна антена виконана з трубок діаметром 7 мм. Вона
перекриває з 6 по 12 ТВ канали (174-230 МГц) з КСХ75 не перевищує 1,2 у всій
смузі. За рівнем КСХ75<2 смуга антени досягає 84 МГц, тобто відносна смуга
перевищує 40%.
Розглянемо конструкцію антени рис.3.16 докладніше. Її екран не
прямокутний, а звужується (вдвічі, до 40 см) в центрі. Це мало впливає на
параметри, а витрата матеріалів і вітровий опір зменшуються.
Середня ширина екрану складає 0,4 (щодо середньої частоти 200 МГц). У
відповідності з рис.3.17 антена рис.3.16 має підсилення 6,08 dBi, вхідний опір Ra
близький до опору фідера 75 Ом і «вісімкоподібну» азимутальну ДН (рис.3.18).
Рисунок 3.17 – Діаграма направленості і параметри
телевізійної Ж-подібної щілинної антени
Рисунок 3.18 – Тривимірна діаграма направленості
телевізійної Ж-подібної щілинної антени
Мала ширина екрану призводить до того, що довжина щілини (в даному
випадку це висота антени) виявляється набагато більше напівхвилі і становить
0,76 , на середній частоті [1].
Оскільки така антена фактично представляє собою складний петльовий
диполь, то, як і будь-диполь, її можна заземлити в середніх точках. На практиці
так і роблять. Обидві половинки антени вгорі і внизу з'єднують з вертикальною
несучої трубою, що проходить в середині щілини.
Дуже стабільний імпеданс у широкій смузі антени рис.3.16 дає можливість
використовувати її як передавальну телевізійну антену. Але для телемовлення
потрібна кругова азимутальна ДН. Тому беруть дві антени рис.3.16,
розташовують їх перпендикулярно і живлять їх з фазовим зсувом 90° (для
мінімізації взаємного впливу). Така антена наведена на рис.3.19.
Рисунок 3.19 – Конструкція телевізійної
подвійної Ж-подібної щілинної антени
Таку антену можна побачити на передавальних телевізійних щоглах. Як
правило, використовується не один такий елемент, а кілька рознесених по висоті
(вертикальний стек для підвищення підсилення і звуження зенітної ДН).
Азимутальна ДН не точно кругова (рис.3.20), максимальна відмінність від
точного кола досягає 1,5 дБ.
Вхідний імпеданс Ж-подібної антени і її ширину смуги можна регулювати
діаметром трубок, розміром екрану і шириною щілини. Без особливих зусиль
можна отримати будь-який вхідний опір від 50 до 150 Ом. В даному випадку для
гарного узгодження з 75-омним фідером вхідний опір становить 79 Ом.
Підсилення антени невелике і становить 3,1 dBi. Моделювання проводилося з
використанням движка MINNEC для вільного простору. Тривимірна діаграма
направленості антени рис.3.19 представлена на рис.3.20 помітно відрізняється від
діаграми направленості антени рис.3.16 і є майже круговою в азимутальній
площині.
Рисунок 3.20 – Діаграма направленості і параметри
телевізійної подвійної Ж-подібної щілинної антени
Рисунок 3.21 – Тривимірна діаграма направленості
телевізійної подвійної Ж-подібної щілинної антени
ВИСНОВКИ
Сучасні досягнення антенної техніки, яка є однією з найбільш швидко
розвиваються галузей радіоелектроніки, ґрунтуються на передових розробках у
сфері електроніки та передової техніки. Нові характеристики радіоелектронних
систем у багатьох випадках досягаються за рахунок взаємозв'язку антени з
приймально-передавальними пристроями і системи просторово-часової обробки
сигналів.
Антени виконують роль сполучної ланки між електронною частиною
систем і зовнішнім світом, тому вони є основними елементами всіх систем
безпровідного зв'язку.
В даній магістерській роботі досліджено параметри і форму діаграми
направленості різних конструкцій щілинних антен. Показано, що розміщення
точки живлення щілинної антени суттєво впливає на її вхідний опір. Зміщення
точки живлення відносно середини антени аж до крайнього положення зменшує
опір орієнтовно з 600 до 50 Ом. При цьому місцеположення точки живлення не
впливає на форму ДН, яка залишається двонаправленою, підсилення антени Ga
також майже не змінюється.
Проведено аналіз впливу форми щілини на її параметри. Показано, що
вигин напівхвильової щілини призводить до зниження підсилення та зростання
опору антени.
Проведене моделювання антен, що широко використовуються на практиці:
передавальної телевізійної Ж-подібної щілинної антени (одинарної та подвійної).
Телевізійна Ж-подібна антена виконана з трубок та перекриває з 6 по 12
телевізійні канали (174-230 МГц) з КСХ75 не перевищує 1,2 у всій смузі. Екран
такої антени не прямокутний, а звужується вдвічі в центрі. Це майже не впливає
на параметри і форму діаграми направленості, а витрата матеріалів і вітровий опір
зменшуються. Досліджувана антена має підсилення 6,08 dBi, вхідний опір Ra
близький до опору фідера 75 Ом, а азимутальну діаграма направленості має
«вісімкоподібну» форму.
Така антена по суті представляє собою складний петльовий диполь,
відповідно її можна заземлити в середніх точках. Обидві половинки антени вгорі і
внизу з'єднують з вертикальною несучої трубою, що проходить в середині
щілини. Дуже стабільний імпеданс у широкій смузі частот антени дозволяє
використовувати її як передавальну телевізійну антену. Але для телемовлення
потрібна кругова азимутальна діаграма направленості. Тому компанують дві
антени, розташовують їх перпендикулярно і живлять їх з фазовим зсувом 90°.
Список використаної літератури
1. Igor Gontcharenko. All materials. Site online since 2001. – Режим доступу:
http://dl2kq.de/
2. Моделі щілинних антен. – Режим доступу: http://dl2kq.de/mmana/4-3.htm
3. Розрахунок електротехнічних і радіотехнічних кіл із застосуванням
елементів аналогового моделювання. Навч. посібник. / Ситник О.О.,
Гавриш О.С., Чорній А.М., Воробкало Т.В., Протасов С.Ю., Ключка К.М. //
Черкаси, ЧДТУ, 2022. – 143 с.
4. Микроволновые устройства телекоммуникационных систем. - т.1.
Распространение радиоволн. Антенные и частотно-избирательные
устройства. / М.З. Згуровский, М.Е. Ильченко, С.А. Кравчук и др. – Киев,
2003. – 454 с.
5. EMPro Agilent Technologies. – Режим доступу: http://www.agilent.com/
find/eesof-empro;
6. Momentum Agilent Technologies. – Режим доступу: http://www.agilent.com/
find/eesof-momentum
7. Microwave Office AWR Corporation. – Режим доступу: http://www.awrcorp.
com/products/microwaveoffice
8. CST Microwave Studio. – Режим доступу: http://www.cst.com/Content/
Products/MWS/Overview.aspx
9. QuickWave-3D QWED Company – Режим доступу: http://www.qwed.com.pl/
qw_3d.html
10. Ефірне телебачення та радіомовлення України – Режим доступу:
https://ukrtvr.org/dab