Особенности распространения волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Область применения волн этих диапазонов

Новосибирский радиотехнический колледж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по АФУ и РРВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

 

 

 

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2011

1. Особенности распространения волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Область применения волн этих диапазонов.

 

 

Волновое распространение  характерно для сантиметрового диапазона ( ),  такие атмосферные радиоэффекты, как ионосферная рефракция, в нём практически не проявляются, однако тропосферная рефракция имеет место.

Так как длины волн сантиметрового и в особенности миллиметрового ( ) диапазонов соизмеримы с размерами частиц среды (капли воды, присутствующие в виде тумана или дождя), в данных диапазонах заметно проявляются эффекты поглощения и рассеяния.

Поглощение радиоволн  капельками воды происходит из-за того, что при прохождении радиоволны через такую среду в каждой капельке наводятся токи поляризации, вызывающие тепловые потери. Эти потери возрастают с уменьшением длины  волны и уменьшаются с её увеличением. При поглощение ничтожно мало.

Кроме того, потери происходят из-за рассеяния радиоволн капельками воды. Движение токов, наведённых первичной  волной в капельках, индуцирует вторичное  излучение, причём каждая капелька излучает равномерно во всех направлениях. Это приводит к рассеянию, поскольку не вся энергия передаётся в первоначальном направлении.

Миллиметровые волны кроме  рассмотренных видов поглощений испытывают добавочное поглощение в  молекулах водяного пара и кислорода. Это поглощение связанно с тем, что энергия волны переходит во внутримолекулярную энергию.

 

2. От чего зависит форма диаграммы направленности антенны типа «волновой канал»? Область применения такой антенны.

 

 

Диаграмма направленности антенны такого типа, состоящей из активного и пассивного вибраторов, зависит от угла сдвига фазы тока в пассивном вибраторе относительно тока в активном. Этот угол равен сумме углов сдвига фазы напряжения, наводимого в пассивном вибраторе, относительно тока в активном вибраторе ( ) и сдвига фазы тока в пассивном вибраторе относительно напряжения, наводимого в вибраторе ( ):

.

Угол  зависит от расстояния между вибраторами , а угол определяется длинной пассивного вибратора, т. е. степенью отклонения его от резонанса.

Антенны директорного типа применяются в диапазоне метровых и дециметровых волн. 
 3. Рассчитать элементы конструкции и диаграмму направленности диэлектрической антенны для длины волны и длина антенны .

 

 

Диэлектрические антенны представляют собой один или несколько конусообразных стержней, изготовленных из диэлектрика с малыми потерями. В качестве такого диэлектрика широко применяют полистирол, имеющий относительную диэлектрическую проницаемость и угол потерь . При этом коэффициент полезного действия близок к 100%, а коэффициенты направленного действия и усиления примерно равны:

.

Максимальный диаметр  стержня, величина которого удовлетворяет условиям возбуждения нужной волны :

.

Минимальный диаметр  стержня, при котором излучатель почти полностью согласован с внешней средой:

.

Зная  и , определяем средний диаметр стержня:

.

Находим отношение  диаметра стержня  к длине волны :

.

 

 

После чего по графику находим и коэффициент замедления волны в стержне .

Величина  должна совпадать или быть близкой к оптимальному коэффициенту замедления , при котором получается максимальный коэффициент направленного действия антенны.

 

Оптимальный коэффициент  замедления для антенны бегущей волны с осевым излучением равен:

.

Нормированная функция направленности диэлектрической антенны:

,

где  - угол между данным направлением и осью стержня;

- коэффициент замедления волны  в стержне.

Строим диаграмму  направленности диэлектрической антенны.

 

 
4. Построить диаграмму направленности для , , , , , , , , , , , , в полярных координатах для задачи 3.

5. В чём состоит главное преимущество ФАР перед зеркальными рулонно-параболическими и другими антеннами?

 

 

Применение  сложных антенн, состоящих из систем излучателей, значительно расширяет возможности реализации заданных характеристик.

Система излучателей с  электрически управляемым фазовым  распределением – фазированная антенная решётка (ФАР) – осуществляет перемещение  луча в пространстве со скоростью, на несколько порядков превышающей скорость антенн с механическим сканированием. Время установки луча ФАР в заданную точку пространства практически определяется быстродействием фазовращателя и не связанно с размерами антенны. Реализация различных видов амплитудно-фазовых распределений в ФАР значительно проще, чем в зеркальных, рупорных и других антеннах. Это позволяет создать ФАР с минимальным уровнем боковых лепестков или провалами в диаграмме направленности в заданном секторе углов, т.е. проводить оптимизацию диаграммы направленности.