Практическое занятие на тему «Антенны сверхвысоких, длинных, средних и коротких волн»

Цель занятия: приобретение навыков в решении практическох задач.

Занятие проводится в форме семинара.

Вертикальные несимметричные вибраторы

3.1. Перечислить особенности антенн километровых длинных волн (ДВ) и мериаметровых сверхдлинных волн (СДВ). Почему антенны этих диапазонов выполняют в виде вертикальных заземленных проводов с сильно развитой горизонтальной частью? Какие функции выполняют вертикальная и горизонтальная части антенны?

3.2. Определить КПД антенны в виде вертикального заземленного вибратора (рис. 3.1)высотой h = 60 м при длине волны λ = 1200 м, собственной длине волны λ₀ = 900 м и заземлении удовлетворительно го качества (А = 3 Ом).

Ответ. η_А = 20%

Рис. 3.1.

3.3. Определить мощность, подводимую к антенне в виде вертикального заземленного вибратора высотой h = 30 м, если длина волны λ = 1500 м, собственная длина волны антенны λ₀ = 1000 м, излучаемая мощность Р_∑.= 100 Вт и заземление удовлетворительного качества (А = 2,5 Ом).

Ответ. Р_∑ = 685 Вт.

3.4. Отметить особенности антенн гектометровых (средних) волн (СВ). Какие требования предъявляются к ДН антифединговых антенн?

3.5. Определить индуктивность удлинительной катушки, предназначенной для настройки вертикального заземленного вибратора, имеющего высоту 150 м и волновое сопротивление 500 Ом, в резонанс на волну λ = 800 м.

Ответ. L_удл = 88,1 мкГн.

3.6. Определить емкость укорачивающего конденсатора, необходимую для настройки вертикального заземленного вибратора, имеющего высоту 100 м и волновое сопротивление 450 Ом, в резонанс на волну λ = 250 м.

Ответ. С_ук =214,8 пФ.

3.7. Вертикальный заземленный вибратор, имеющий высоту 100 м и волновое сопротивление 400 Ом, настраивается в резонанс на рабочую волну 800 м. Требуется определить характер и величину элемента настройки вибратора.

Ответ. L_удл = 170 мкГн.

3.8. Рассчитать резонансную длину волны и параметры элемента настройки Т-образной антенны, имеющей волновое сопротивление вертикального провода Z_B.B = 550 Ом, волновое сопротивление горизонтального провода Z_B.Г = 400 Ом, высоту h = 50 м и длину горизонтальной части l _г = 120 м. Рабочая длина волны λ = 900 м.

Решение.

1. Для определения резонансной длины волны λ₀ задаемся различными значениями λ в м, для которых вычисляем

; ;

; ;        (3.1)

. (3.2)

2.По данным уравнениям (3.1) и (3.2) рассчитана табл. 3.1 и построены соответственно две кривые 1 и 2 (рис. 3.2), точка пересечения которых определяет резонансную длину волны λ₀ = 639 м. Так как рабочая длина волны λ больше резонансной длины волны антенны, то в данном случае настройка ее производится при помощи удлинительной катушки.

Рис. 3.2

Таблица 3.1

λ, м	300	400	500	600	640	650	700	800	1000
	1,732	1	0,726	0,577	0,534	0,525	0,481	0,414	0,325
	0,117	0,261	0,383	0,496	0,538	0,549	0,601	0,707	0,919

3. Размер l ′_г эквивалентного вертикального вибратора определяем по формуле

Отсюда следует, что

, а  м.

4. Теперь найдем полную длину эквивалентного вертикального вибратора

 м.

индуктивность удлинительной катушки

 мкГн.

3.9. Определить амплитудные значения напряжения и тока в точках А, В, С Г-образной антенны (рис. 3.3), имеющей волновое сопротивления Z_BГ = 450 Ом, Z_BB = 550 Ом, длину горизонтальной части l _г = 80 м и высоту h = 60 м, если длина волны λ = 720 м и амплитуда тока в основании антенны I _mo= 10 А.

Решение.

1. Определяем коэффициент фазы

 град/м.

2. Размер l '_г эквивалентного вертикального вибратора определяем по формуле

,

Рис. 3.3

откуда , и  м.

Отсюда полная длина эквивалентного вертикального вибратора

.

3. Амплитуда напряжения у основания (в точке А) антенны

 В.

4. Амплитуда напряжения и тока в точке В соединения горизонтального и вертикального проводов

 В.

 А.

5. Амплитуда напряжения в пучности (в точке С)

 В.

3.10. Определить КПД Г-образной антенны с высотой эквивалентного вибратора l _0е = 177,5 м и высотой антенны h = 50 м при наличии удовлетворительного заземления (А = 3 Ом), собственной длине волны λ₀ = 639 м и длине волны λ = 900 м.

Решение.

1. Определяем действующую высоту антенны по формуле

 м.

2.Находим сопротивление излучения

 Ом.

3. Сопротивление потерь в антенне

 Ом.

4. КПД антенны

3.11. Описать сложную антенну с вертикальными связанными вибраторами. Как осуществляется питание и настройка таких антенн? Какие преимущества и недостатки имеют они по сравнению с простыми Г- и Т-образными антеннами?

3.12. Описать устройство средневолновых антенн в виде антенн-башен, антенн-мачт и схем нижнего и шунтового питания.

3.13. Описать антифединговые антенны и отметить их особенности.

Рамочные антенны

3.14. Описать применение рамочной антенны на СДВ, ДВ и СВ. Как осуществляется электрическая симметрия рамки?

3.15. Рамочная антенна состоит из 30 витков провода, образующих прямоугольную рамку со сторонами т = 40 см и h = 1 м, принимает радиоволны длиной λ= 400 м. Определить действующую высоту и сопротивление излучения антенны.

Ответ. h _д = 0,19 м; R_∑ = 1,8 10^-4Ом.

3.16. По данным задачи 3.15 определить амплитуду ЭДС, индуктируемой в рамочной антенне, если плоскость рамки совпадает с направлением приема вертикально поляризованных волн, магнитное поле которых имеет амплитуду напряженности Н _m = 10^-8 А/м.

Ответ. ε_{А m} = 0,72 мкВ.

3.17. Какой будет амплитуда ЭДС в рамочной антенне (см. задачу 3.16), если плоскость ее расположена относительно направления принимаемой волны под углом φ = 30°.

Ответ. ε_{А m} = 0,62 мкВ.

3.18. Определить сопротивление излучения круглой рамочной антенны, имеющей диаметр 40 см и состоящей из 20 витков провода. Длина волны равна 800 м. Какова амплитуда ЭДС, индуктируемой в рамке, если волна поляризована вертикально и имеет амплитуду напряженности электрического поля 10 мВ/м?

Ответ. R_∑ = 0,36 10^-6 Ом; ε_{А m} = 0,17 мВ.

3.19. Описать схему и принцип работы кардиоидной антенны. Какие необходимы дополнения к рамке, чтобы ДН антенны приобрела форму кардиоиды?