CC BY
61
УДК 621.396
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНТЕННЫ БОЙЕРА, РАЗМЕЩЕННОЙ
НА ВЫПУКЛОМ ОБЪЕКТЕ
В.Е. Зотов, В.И. Юдин
Анализируются результаты экспериментальных данных полученных при испытании кольцевой антенны, размещенной на выпуклом объекте. Исследуется зависимость входного сопротивления антенны от места подключения коаксиального кабеля производящего высокочастотный потенциал возбуждения. Анализируется влияние подстроеч-ной емкости на КБВ антенны в диапазоне частот 30-60 МГц. Обращается внимание на то, что введение выпуклого объекта, имеющего отвесные стенки, позволяет заметно повысить коэффициент усиления антенны. Измеренны диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости
Ключевые слова: антенна Бойера, измерены, выпуклый объект размещения, результаты экспериментов
Исследуется возможность создания на основе антенны Бойера маловыступающей мобильной антенны с круговой диаграммой направленности излучения в азимутальной плоскости. Показано, что эффективность антенны Бойера возрастает при размещении ее на объектах с отвесными боковыми стенками корпуса.
Для проверки степени повышения эффективности кольцевой антенны при расположения ее над выпуклой поверхностью, имеющей отвесные стенки, были проведены испытания этой антенны на макете, изображенном на рис 1.
Рис. 1. Внешний вид модели с установленной антенной Бойера
Антенне Бойера придавалась форма кольца, из латунной трубки диаметром с1 = 8 мм и
имело периметр I = тш/^ . где Лт_л- длина
волны, соответствующая верхней частоте диапазона 30-60 МГц. Кольцо устанавливалось на высоте h = 50 мм над верхней плоскостью выпуклого элемента объекта с помощью диэлек-
трических изоляторов. Положение места подключения питающего кабеля выбиралось экспериментально. С этой целью снималась зависимость резонансного сопротивления от длины отрезка АВ. Полученная зависимость приведена на рис. 2.
Рис. 2. Входное сопротивление кольцевой антенны при резонансе в зависимости от места запитки
Как видно, входное сопротивление, равное 75 Ом, имеет место при АВ = 2см. Если представить эквивалентную схему кольцевой антенны в виде длинной линии с волновым сопротивлением р = 1381л {—-), замкнутую на
одном конце и разомкнутую на другом (рис. 3), то входное сопротивление в точке подключения генератора определится, как параллельное сопротивление 2-х участков длинной линии. Реактивная часть входного сопротивления каждого из указанных участков показана на рис.4.
Зотов Владислав Евгеньевич - ВГТУ, аспирант,e-mail: zo-v@mail.ru
Юдин Владимир Иванович- ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (473) 246-44-36
Рис. 3. Эквивалентная схема и распределение тока вдоль антенны
Рис. 4. Реактивная часть входного сопротивления
Из рисунка видно, что так как длина замкнутого участка намного меньше разомкнутого, реактивное входное сопротивление его в рабочей полосе изменяется весьма слабо. Поэтому вполне понятно, что с помощью нагрузочной емкости на конце разомкнутого участка нетрудно поддерживать антенну в резонансе, если величину емкости изменять в соответствии с изменением частоты.
Параллельная емкость Сн на конце разомкнутой длинной линии эквивалентна удлинению последней на отрезок:
i ^ — -arct
где к = — .
Um
Так как на любой частоте электрическая длина кольца должна равняться —— т.е.
L+ !,=■
отсюда нетрудно получить, что величина нагрузочной емкости должна меняться по закону:
где Ящ- длина волны соответствующая верхней частоте диапазона (Д0 = Sri),
- рабочая длина волны.
Экспериментальная зависимость Сн от частоты показана на рис. 5. Там же приведена кривая КБВ антенны в рабочей полосе. Минимальное значение КБВ, равное 0.8, имеет место на частоте 42 МГц.
Рис. 5. Изменение КБВ и настроечной емкости по диапазону
Для определения эффективности введения выпуклой поверхности измерялся коэффициент усиления антенны в сравнении со штырем длиной 0.625Ло, установленным посередине той же модели. Полученные зависимости представлены на рисунке 6.
Рис. 6. КУ штыревой антенны (кривая 2), кольцевой антенны над плоским экраном (кривая 1), кольцевой антенны над выпуклым экраном (кривая 3)
Коэффициент усиления (кривая 3) возрос по сравнению с замерами над плоским экраном (кривая 1). Это подтверждает правильность предположения об участии вертикальных проекций наведенных токов в излучении. Возрастание КУ особенно заметно на высоких частотах диапазона.
Однако диаграмма направленности в горизонтальной плоскости ухудшилась (рис. 7), что объясняется неравномерным распределением плотности наведенных токов на боковых стенках макета.
270
------* кольцевая антенна над плоским экраном
— —----кольцевая антенна над выпуклым экраном
------- штыревая антенна
Рис. 7. Диаграммы направленности кольцевой антенны, установленной над плоским и выпуклым экраном, в сравнении со штыревой антенной, измеренные на частоте Г = 60 МГц
кольцевой антенны значительно повысить коэффициент усиления. Однако неравномерно распределенные стекающие токи заметно искажают диаграмму направленности антенны.
Можно сделать вывод о том, что использование выпуклой поверхности позволяет улучшить КУ антенны Бойера при некотором ухудшении диаграммы направленности. Искажения диаграммы направленности можно уменьшить, используя кольцевую антенну с более равномерным распределением токов.
Литература
1. Гончаренко И. В. Антенны КВ и УКВ. Часть I. Компьютерное моделирование. MMANA. // М.: ИП РадиоСофт. «Радио». 2004, 128 с.
2. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ. Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. Ч. 1..//М.: «Связь», 1977, 384 с.
3. Пат. 3247515. CI. 343-742 США. Low Profile An-tenna./Joseph M. Boyer. - Patented Apr. 19, 1966. - Filed Mar.
4, 1963.
Заметным недостатком антенны остается небольшой коэффициент усиления на нижних частотах диапазона. Его можно повысить, полнее используя возбуждение отвесных стенок макета, для чего необходимо располагать края антенны ближе к кромке верхней части выпуклого объекта.
Таким образом, использование стекающих по боковым стенкам выпуклой поверхности токов позволяет при правильном размещении и подключении
В оронежский государственный технический университет
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF ANTENNA BOYER CONTAINED ON CONVEX
OBJECT
V.E. Zotov, V.I. Youdin
The article reviews the results of the experimental data obtained in the test ring antenna placed on a convex object. The dependence of the input impedance of the antenna from the connection point of coaxial cable. Analyzes the impact of capacity on IPM-built antenna in the frequency range 30-60 MHz. Attention is drawn to the fact that the introduction of a convex object with vertical walls, can significantly increase antenna gain. Analyzes the pattern in the horizontal plane
Key words: antenna Boyer, measured, convex object placement, the results of experiments
