Расчет характеристик рамочной (П-образной) антенны зенитного излучения высотой 1 м и длиной 2,5 м в режиме оптимального распределения тока

Расчет характеристик рамочной (П-образной) антенны зенитного
излучения высотой 1 м и длиной 2,5 м в режиме оптимального
распределения тока по методике Военной академии связи
Требования к рамочной (П-образной) антенны зенитного излучения по
диапазону частот и углам места диаграммы направленности приведены в
«Расчет характеристик рамочной антенны зенитного излучения (Ложка дегтя
в бочке меда)».
Расчет характеристик производился по методике, разработанной
антенной кафедрой Военной академии связи.
Оптимальное распределение тока характеризуется наличием пучности
тока в центре горизонтальной части рамочной (П-образной) антенны. Такое
распределение тока обеспечивается настройкой концевой емкостной нагрузки.
Сперва производился расчет составляющих входного сопротивления
антенны, а затем ее КПД.
Сопротивление потерь в металле рамки в режиме оптимального
распределения тока:
𝑅𝑛м = 𝑅𝑛1
(2𝑙 + 𝑙 )
2 𝑐𝑜𝑠
1+
𝑚
(2𝑙 + 𝑙 )
2
sin(𝑚(2𝑙 + 𝑙 )
𝑚(2𝑙 + 𝑙 )
Погонное сопротивление потерь в металле:
𝑅𝑛1 = 𝑅 𝑙 2 − 1 2𝑚 sin𝑚𝑙 𝑐𝑜𝑠𝑚(2𝑙э + 𝑙)
𝑅 =
30 µ
ƛ𝛿
Для меди
µ =1
𝛿 = 5,7 ∗ 10
Сим/м
𝑙 = 2𝑙 + 𝑙
𝑙 − высота рамки;
𝑙 − длина рамки
𝑐𝑡𝑔𝑚𝑙э = tgm(𝑙 + 𝑙 ⁄2)
𝑚 = 2𝜋/ƛ
ƛ − длина волны в метрах.
Сопротивление потерь в изоляторах:
𝑅𝑛и = 2𝜌
𝜔Сиз 𝑡𝑔𝛿 𝑡𝑔 (
𝑚
𝑚
(2𝑙 + 𝑙 )) + 𝜔Сиз 𝑡𝑔𝛿 𝑡𝑔 ( (2𝑙 + 𝑙 ))
2
2
𝜌 − усредненное волновое сопротивление одиночной рамки
𝜌 = 60 𝑙𝑛
8 2𝑆
−2
𝑟 𝜋
𝑆=𝑙 𝑙
𝑆 − площадь рамочной антенны;
𝑟 − радиус проводника антенны;
𝑟 = 0,02 м;
𝜔 = 2𝜋𝑓
Где
𝑓 − частота Гц;
𝑡𝑔𝛿 . = 10
− тангенс угла потерь дэлектрика, используемого в качестве
опорных и проходных изоляторов (в данном случае фторопласт);
Сиз . = 10 пф − емкость опорных и проходных изоляторов;
Сопротивление потерь в органах настройки:
𝑅𝑛н =
𝑋а = 𝜌 𝑡𝑔(
𝑋а
𝑄н
𝑚
(2𝑙 + 𝑙 + 𝑙ш
2
𝑙ш = 0,6 м − длина соединительных шин;
Сопротивление излучения антенны:
𝑅 п
𝑅 =
𝑐𝑜𝑠𝑚 𝑙 +
𝑙
2
𝑅 п − сопротивление излучения, отнесенное к току в пучности;
𝑅 п = 4𝑚 4𝑙 𝑙д
+ 𝑙 𝑙д
+ 𝑙 𝑙 𝑙д
𝑙д
+ 𝑙 𝑙 𝑙д 𝑙д
𝑙д , 𝑙д , 𝑙д − действующие длины диполей;
𝑙
− координата средней точки диполя зеркального отображения горизонтальной
Рис. 1
𝑙д = 𝑙д =
4
𝑚𝑙
sin
𝑚
2
𝑙д =
cos
𝑚𝑙
2
cos
𝑚(𝑙 + 𝑙 )
2
2
𝑚𝑙
sin
𝑚
2
𝑙 =
𝑙
2
Сопротивление потерь в земле для случая короткозамкнутого второго
снижения и для случая оптимального распределения тока определяется
согласно следующему выражению:
𝑙 𝑙
2(𝑙 + 𝑙 ) 𝑙𝑛
−𝜑
𝑏
𝑟(𝑙 + 𝑙 )
𝑅𝑛з = 𝑋а
1−
2𝑙 𝑙
2
(2𝑙 + 𝑙 ) 𝑙𝑛
−𝜑
𝑟(2𝑙 + 𝑙 )
Где 𝜑 и 𝜑
- коэффициенты , зависящие от конфигурации рамки и
контура, образованного рамкой и ее зеркальным изображением,
соответственно. Определяются из рис.2.
𝑏 = 𝐼𝑚(
2
)
1 + Ɛ"
Мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости:
Ɛ" = Ɛ − 60ƛ𝛿
Рис.2
Результаты расчетов представлены на рис. 3…7.
Сравнение составляющих входного сопротивления антенны длиной 2,5
м и высотой 1 м над почвой с параметрами проводимость 0,001
диэлектрическая проницаемость 5 в режиме оптимальной настройки
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
1,5
3,5
5,5
Rnи
7,5
Rnн
Rs
9,5
Rnз
11,5
13,5
Rnm
Рис.3
Сравнение составляющих входного сопротивления антенны длиной 2,5
м и высотой 1 м над почвой с параметрами проводимость 0,01
диэлектрическая проницаемость 10 в режиме оптимальной настройки
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
1,5
3,5
5,5
Rnи
Рис.4
7,5
Rnн
Rs
9,5
Rnз
11,5
Rnm
13,5
Сравнение составляющих входного сопротивления антенны длиной 2,5
м и высотой 1 м над почвой с параметрами проводимость 0,1
диэлектрическая проницаемость 20 в режиме оптимальной настройки
10
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
0,00001
1,5
3,5
5,5
Rnи
Рис.5
7,5
Rnн
Rs
9,5
Rnз
11,5
Rnm
13,5
КПД рамочной (П-образной) антенны длиной 2,5 м и
высотой 1 м при разных параметрах подстилающей
поверхности в режиме оптимальной настройки
1,0000
0,1000
0,0100
0,0010
0,0001
1,5
3,5
5,5
7,5
9,5
11,5
13,5
15,5
проводимость почвы 0,1 См/м, диэлектрическая проницаемость 20
проводимость почвы 0,01 См/м, диэлектрическая проницаемость 10
проводимость почвы 0,001 См/м, диэлектрическая проницаемость 5
Рис.6
Входное сопротивление рамочной антенны высотой 1 м и
длиной 2,5 м м над почвой с параметрами проводимость
0,01 диэлектрическая проницаемость 10 в режиме
оптимальной настройки
1000
100
10
1
0,1
0,01
1,5
3,5
5,5
7,5
R
Рис.7
9,5
X
11,5
13,5
Входное сопротивление рамочной антенны высотой 1 м и
длиной 2,5 м м над почвой с параметрами проводимость
0,001 диэлектрическая проницаемость 5 в режиме
оптимальной настройки
1000
100
10
1
0,1
1,5
3,5
5,5
7,5
R
9,5
11,5
13,5
X
Рис.8
Входное сопротивление рамочной антенны высотой 1 м и
длиной 2,5 м над почвой с параметрами проводимость 0,1
диэлектрическая проницаемость 20 в режиме оптимальной
настройки
1000
100
10
1
0,1
0,01
1,5
3,5
5,5
7,5
R
Рис.9
9,5
X
11,5
13,5
Выводы.
езультаты расчета параметров малогабаритных РАЗИ по методике
ВАС хорошо совпадают с данными, приведенными в (2).
олученные результаты показывают, что коэффициент усиления
РАЗИ сильно зависит от параметров подстилающей поверхности,
особенно в нижней части КВ диапазона (1,5…7,5 МГц).
Литература
1.Коротко-волновые антенны. Г.З. Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М.
Журбенко, Г.А. Клигер, А.Г. Курашов, М. «Радио и связь» 1985 г. 535 с.
2.Характеристики антенн радиосистем связи. И.Н. Гвоздев, Ю.К.
Муравьев, В.П. Серков, В.П. Чернолес. Военная ордена Ленина
краснознаменная академия связи им. С.М. Буденного. Ленинград 1978 г. 231
с.