Главная » Мануалы

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Схема пользование Дано Ъо


формула

1 lsi,

где с 3-10м/с

fo Дано

Пример Дано:

fg =100МГц ; г^20cM:zgS00M Ответ: Ск 70/1Р

Zg-ВолноВое сопротивление. Ом -а -

W го to 50 78 то гоо зоо soo 7001000 Zg


woo 500

500-4

с

г-200

fg-pc.wwhchc:;i частсг~а, МГц

23. Колебательный контур из отрезка линии и е.мкости.




=J7CM

fMEKcfr

Рис. 9. к примеру расчетов колебательного тура из линии и емкости.

выведена горизонтально в~ г„бгОм

вверху номограммы), /о - на семействе гипербол (шкала выведена горизонтально внизу номограммы), а С н / - на горизонталях (шкала I выведена справа вертикально н С - слева вертикально).

Номограмма № 23 позволяет решать разнообразные задачи, связанные с выбором параметров контура из коротко-замкнутой линии с емкостью на конце.

Пример 1. Короткозамкнутая линия с волновым сопротивлением г.о = =50 Ом и длиной /=20 см использована в качестве колебательного контура на частоте /о =100 МГц. Номограмма дает для этого случая значение емкости С-70 пф (решение проводят по схеме, показанной на номограмме).

Пример 2. Перестраиваемый коитур должен работать на частотах от fMiiH=200 МГц до fMii].-c=300 МГц. Для перестройки выбран переменный конденсатор с нз.меисннем емкости в пределах от Смин=5 пФ до Смаке =15 пФ. Определить волновое сопротивление линии и ее длину для этого случая.

Задачу решают по схеме рис. 9. На шкале С через точку Смпн=5 пФ проводят прямую линию, параллельную семейству прямых Zq. Циркулем измеряют отрезок АВ на горизонтали Сял-с- Этот отрезок перемещают так, чтобы, оставаясь горизонтальным, он уложился между кривыми /мин=200 МГц и fMaFn=300 МГц (отрезок Л'В')- Продолжение отрезка А'В' горизонтально вправо до пересечения со шкалой / даст значение, равное 17 см. Вертикали, проведенные через точки А' н В', пересекутся с горизонталями, проведенными соответственно через точки Смин и Сманс, в точках К и М. Через эти точки пройдет прямая, соответствующая искомому значению Zo=62 Ом.

Пример 3. Перестраиваемый контур из отрезка длиной /=30 см коаксиальной лнннн с волновым сопротивлением Zo=70 Ом работает в диапазоне частот от fMHn=100 МГц до макс=200 МГц. Определить пределы изменения емкости переменного конденсатора Смин и Смаке.

Задачу решают по схеме, показанной на номограмме для двух случаев: /макс =200 МГц и /мин=100 МГц. Для первого случая получают: Смцн=4 пФ,

для второго - Смаке = 31,5 нФ.

24. настройка резонаторов

Номограмма № 24

В тех случаях, когда изменение частоты любого объемного резонатора (и главным образом коаксиального контура) осуществляется изменением его длины, справедливо соотношение, связывающее длину волны и геометрическую длину резонатора:

Ло, 4/г| Я,о2

(55)

Номограмма № 24 построена по этому соотношению и позволяет связать изменение размеров контура с изменением длины волны (см. рисунок на номограмме). Известные значения hi и Xoi, соответствующие одной из рабочих точек, откладывают на одноименных шкалах номограммы и соединяют пря-



vfy = (0302520 76 7 72

I, ,1.1.1 III .I.I.I

Лд- длина Ьолиы

2.0 18 1.6

1.0 0.9 0,6.

Формула 1 71

10 S 8 7.

-Я -длина волны

Uhf я1, 11,1 д/.

Примечание: Следует одновременно использовать ианалы А или 6 J Л и /г Spamtr В одинановых единицах.


П р и м е р

1)Ш1<алы ® г} Шналы (В)

Хд=г0см Яд,= 70 см

hj =30 см hj =105см

Xg=iecM hgg/SCM

Ответ: h2*l2,3cM Яабси

Схема пользования


0,4 0.5 0.6 0,7 OJB 0,9 < 1.0

24. Настройка резонаторов.

Размер h 3

3.5 I

Il I i I Il I I I Il I I l iVlJ Ili 0.8

Размер h


7 8 3iaiZf620Wf(

If 1,6 1,8 Zja 3 4510 <



мой, отмечая ее пересечение с наклонной осью. Если нужно знать, как изменится длина резонатора при изменении длины волны до значения Я02, то проводят вторую прямую через точку с этим значением на шкале К и точку на наклонной оси. Вторая прямая пересечет шкалу Л в точке с искомым значением Лг.

При расчетах по номограмме следует одновременно использовать шкалы А либо Б и величины Я и Л брать в одинаковых единицах.

Пример I. Коаксиальный контур прн положении короткозамыкающего поршня от начала контура Ai=30 см имеет рабочую длину волны Ло1=20см. Как изменится длина контура Лг, если длина волны должна быть изменена до значения 7,о2 = 16 см.

По номограмме при использовании на ней шкал А определяют Л2= = 12,3 см.

Пример 2. Коаксиальный контур при Яо1=70 см имеет Ai = 105 см. Определить изменение длины волны при перемещении поршня в положение Л2= =43 см.

По номограмме, используя шкалы Б, определяют Ло2=56 см.

25. ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ

С ИЗОЛИРУЮЩИМИ ШАЙБАМИ

Номограмма л5 25

Если диэлектрик в линии выполнен в форме шайб, расчет волнового сопротивления производят, как указано в § 10, но вместо значения относительной диэлектрической проницаемости е используют параметр 61 - эквивалентную относительную диэлектрическую проницаемость:

где k = t/A; е - относительная диэлектрическая проницаемость материала шайб; Л - толщина шайбы; t - расстояние между соседними шайбами. Величины Л и < берут в одинаковых единицах. Следует отметить, что в ряде справочников приводится несколько отличная по виду формула, в которой учитывается не расстояние между шайбами как в (56), а расстояние между центрами шайб. Результат, разумеется, получается одинаковый.

По формуле (56) построена номограмма № 25. Для нахождения эквивалентной относительной диэлектрической проницаемости ej линии с шайбами толщиной Д и расстоянием между ними t на шкале е следует отметить значение относительной диэлектрической проницаемости материала шайб, а на шкале к - заданное отношение k=tl&. Прямая линия, соединяющая эти точки., пересечет шкалу ei в точке с искомым значением ei - эквивалентной отйоси-тельной диэлектрической проницаемостью линии с шайбами.

Пример. Для коаксиального кабеля, в котором использованы шайбы из полистирола (е=2,26), й = 2. Согласно но.мограмме эквивалентный параметр-линии с шайбами 61= 1,42. Это значение следует использовать при расчете волнового сопротивления кабеля.

26. ЗАТУХАНИЕ В ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

Номограмма л5 26

Для линии с волновым сопротивлением Zo, имеющей погонное активное сопротивление металла проводников У?. затухание на единицу длины

а ss --- , неп/ед. длины. (57)



к t -1

7,5-

Фо p I у л a.

Схема пользования

где A = -


£j - эквиВаленглнал относительная диэлектрическая проницаемость 15 2 ZS 3

Ч-l I I I I

I I I I I I i

I I I I I I I I I

I I I I ! I I I

I I I I I I I I I

Z 3 4 5

Cj-зкВиВалентная относительнсн диэлектрическая проницаемость

Пример Дано:

е = 2,26

®

.i.2

Ответ: £,Л2

Примечание: Следует одновременно использовать шналы А или б

Е-относитяльная диэлектричеснал проницаемость шайб 7,5 г 2,5 3

Mill

fH-H-t

I I I I I II

I I I I I I I I I

©

12 3 4 5

Е-атносительная диэлентрическая проницаемость шайб - -

25. Эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость коаксиальной линии с изолирующими шайбами.



z-О.вг

Формула

о Н

Пример Дано:

ли, = 0,75 Ом/м Zg = 75 Ом

.0,071= Ответ:

U ос0,046 дБ 1м

0,1

0,2 0.3

0,5 \-0,7

Схема пользования

- 0,05

- 0,07 0.1

о.г

0,3 .0,4 .0,5

3 4 . 5

10

-го о>

30 I

30 40 50

Hi 1

75. 20

40 50

70- 700-

200 -

sco-

700 -

7000-

26. Затухание в линии передачи.

По этой формуле построена номограмма № 26.

Пример. Кабель с волновым сопротивлением Zo=75 Ом и погонным сопротивлением =0,79 Ом/м имеет затлхаиие а=0,046 дБ/м.

27. СОСТАВНАЯ ЛИНИЯ

Номограмма Л* 27

Линия, составленная из двух отрезков с волновыми сопротивлениями zot и Zo2, длиной ll и 1г- (и соответственно с электрическими длинами Gi=2n/iyx и б2=2л/2/Я), причем вторая линия короткозамкнутая, называется состав-



формулы


г Jl i 1111

3 5 Б 7 S3W

Т

/77 =

27. Составная линия.

ной. Составная лниия используется для получения широкополосного короткого замыкания в бесконтактных поршнях, согласующих устройствах и т. п.

Номограмма № 27 построена по формуле, связывающей входное реактивное сопротивление составной линии zy. с отношением волновых сопротивлений линий m=Zmlzoi и коэффициентом перекрытия p=f2/fi

(1-f m)tg

2bx =

яр

1-f p

2np 1+P

2яр . 1 - m

cos -г-.- +:

(58)

l+p 1+m

здесь входное сопротивление Zg нормализовано относительно волнового сопротивления первой линии, т. е.



При очень больших значениях m=Zo2/zoi составная линия имеет такой же характер, как и разомкнутая линия с электрической длиной 6i и волновым сопротивлением Zoi. Однако преимущество составной линии перед простой разомкнутой линией заключается в том, что первая полностью закрыта (короткое замыкание на конце второй линии) и потери в ней малы. В то же время простая открытая линия нагружена на неоднородное полное сопротивление, которое может иметь большую активную составляющую, например, вследствие излучения на конце.

Составная линия - удобное устройство для получения короткого замыкания в широком диапазоне частот. Это видно из графика номограммы № 27. В полосе между частотами fi и fz входное сопротивление z изменяется незначительно.

Необходимо отметить, что коэффициент перекрытия p-fzlfi имеет максимальное значение при 61=62, что важно при выборе размеров линии. Номограмма № 27 дает возможность определить входное сопротивление z , нормализованного относительно Zoi при известных значениях m=Zo2/zoi и p=filfu Эта же номограмма позволяет определить отношение частот pfzlfi, при резонансе токов (2вх=оо) для заданного значения m=Zo2/zoi.

Пример. Для составной линии, имеющей 61 = 62 и m=202/201=2, в случае перекрытия p=/2 i=3 входное сопротивление 2g=3 (нормализованное относительно Zoi). При резонансе токов {z =00) для отношения т = 2 перекрытие составляет p=/2 i=4.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

АНТЕННЫ УКВ 28. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Антенна представляет собой радиотехническое устройство, предназначенное для излучения и приема электромагнитной энергии. Без этого важнейшего элемента невозможно функционирование ни линий связи, ни радиовещательных станций, ни телевизионных аппаратов. Существуют разнообразные типы антенн, отличающиеся рабочими частотами (антенны'длинных, коротких волн, УКВ, СВЧ и др.), областью применений (телевизионные радиовещательные, радиолокационные и др.), способом возбуждения радиоволн (вибраторные, рупорные, диэлектрические, диско-конусные и др.), а также конструктивным выполнением (подземные, наземные, переносные, самолетные и др.).

В данной главе не ставится задача дать методы расчета всех существующих типов антенн диапазона УКВ. Рассматриваются лишь антенны, получившие наиболее широкое применение в радиолюбительской практике.

Антенна работает в тесном взаи.моденствии и электрическом согласовании с линией (фидеро.м), по которой к ней подводится (или от нее отводится) электромагнитная энергия. Как было указано, выше, задачей фидера является передача электромагнитной энергии без потерь, поэтому принимают все меры для устранения излучения проводов фидера. Для этого их располагают близко друг к другу и экранируют. В антенне, как и фидере, протекают высокочастотные токи. Но распределение их в антенне делается таким, чтобы излучение в нужном направлении было максимальным. Для этого создают синфазные токи в близко расположенных элементах антенны и увеличивают расстояние между ними до значения, соизмеримого с длиной волны. Путем соответствующего фазирования токов в элементах антенны и изменения пространственного расположения этих элементов можно добиться увеличения излучения в одном и уменьшения излучения в другом направлений.

Антенны УКВ имеют важную особенность, заключающуюся в том, что благодаря малому значению длины волны их геометрические размеры невели-



ки, и поэтому тех же результатов удается добиться более простыми конструктивными приемами, чем в' антеннах длинных волн. Кроме того, ультракороткие волны распространяются прямолинейно, в пределах прямой видимости и претерпевают в атмосфере небольшое ослабление и преломление. В их распространении гораздо большую роль играет отражение.

Как и антенны других диапазонов, антенны УКВ характеризуются рядом параметров, таких, как излучаемая мощность, сопротивление, полоса рабочих частот, коэффициент направленного действия (к. н. д.), усиление, коэффициент полезного действия (к. п. д.) и др. Характер излучения антенны в пространстве описывается ее диаграммой направленности (ДН), представляющей зависимость излучаемой (или принимаемой) мощности от направления (угла). Обычно принимают мощность, излучаемую в главном направлении ДН, равную единице, а в других направлениях она составляет долю этой мощности. Такая ДН называется нормированной.

Мы будем пользоваться понятием нормированной ДН. Шириной диаграммы направленности называется угол (в горизонтальной плоскости) между точками ДН с равными уровнями мощности (в децибелах). Например, говорят, что ДН имеет ширину Дбо,5==36° иа уровне 0,5 по мощности (нли ЗдБ).

Кроме излучения в главном направлении, различают также и побочные излучения антенн - задние и боковые лепестки ДН. В соответствии с шириной'ДН различают всенаправлеиные (ненаправленные), малонаправленные и остронаправленные антенны.

Основным элементом большинства антенн УКВ является симметричный вибратор (диполь). Это прямолинейный проводник, к которому в его средней части посредством фидера подводится энергия. Чтобы пояснить принцип действия симметричного вибратора, его обычно представляют в виде симметричной двухпроводной линии, провода которой развернуты на 180° относительно точки питания. При этом условии направление токов в обеих половинках вибратора станет одинаковым.

Как н в колебательном контуре, в линии передачи и в симметричном вибраторе максимальная амплитуда колебаний наблюдается при резонансе. Выше было показано, что условия резонанса для лииин имеют место при равенстве частоты сигнала и собственной частоты отрезка линии. Это в свою очередь имеет место, если на отрезке линии укладывается полволны напряжения или тока. Поэтому вибратор имеет наибольшую отдачу, когда его длина равна полволне. Это - полуволновой вибратор. Длина вибратора может быть иной, кратной Я/2 или Я.

Часть подводимой к антенне мощности Рех излучается в пространство (Явзл), а другая часть в проводниках антенны превращается в тепло (Рнстерь). Поэтому антенну можно представить как эквивалентное нагрузочное сопротивление Rex, состоящее из двух составляющих: сопротивления потерь Raoreph

и сопротивления излучения Rnan. Коэффициент полезного действия антенны есть отношение полезной (излучаемой) мощности к суммарной мощности, подводимой к антенне:

Ртл

т)=-т--г- . (59)

изл г потерь

или если выразить Р через сопротивления, то

= - ()

изл г хпотерь

Чем больше сопротивление излучения по отношению к сопротивлению потерь, тем больше к. п. д. антенны. В то же время чем больше сопротивление излучения, тем шире рабочая полоса частот антенны, тем легче ее согласовать с фидером и тем шире диапазон волн антенны. Различают резонансные (узкополосные) и диапазонные (широкополосные) антенны.



Направленные свойства антеняы, кроме диаграммы направленности, выражаются также количественной мерой - коэффициентом направленного действия (к. н. д.) G. Этот важный параметр показывает, во сколько раз должна быть увеличена мощность, излучаемая антенной в главном направлении, если ее заменить ненаправленной (идеальной) антенной, излучающей одинаково во всех направлениях. При этом напряженность поля в месте приема предполагается неизменной.

В зависимости от типа антенны к. и. д. может иметь значение от единицы до нескольких тысяч. Обычно к. и. д. выражают в децибелах. Так, например, полуволновой вибратор имеет к. и. д. по мощности G=I,64 (что составляет 2,15 дБ). На практике чаще пользуются к. и. д., отнесенным к полуволновому вибратору. Легко видеть, что разница составляет 2,Г5 дБ. Так, например, если к. и. д. антенны, отнесенной к идеальному излучателю, равен 10 дБ, то к. и. д., отнесенный к полуволновому вибратору, составит 10-2,15=7,85 дБ. В примерах расчетов мы указываем значения к. н. д., отнесенные к полуволновому вибратору.

Иногда используют другой параметр, подобный к. и. д. Его называют усилением или выигрышем антенны. Он равен произведению к. н. д. на к. п. д. антенны £> = Gti, учитывает все потерн в антенне и показывает, во сколько раз нужно увеличить мощность, подводимую к ненаправленной антенне (или к полуволиовому вибратору), по сравнению с мощностью, подводимой к направленной антенне, чтобы в месте приема напряженность поля была неизменной. Так как к. п. д. антенн УКВ обычно близко к единице, то без большой ошибки можно считать, что усиление С и к. н. д. G равны между собой.

Для антенн с большой поверхностью раскрыва, например зеркальных (по которой текут высокочастотные токи, вызывающие излучение энергии), иногда вводят понятие эффективной площади антенны Л. Это отношение максимальной мощности, которая может быть (без потерь) отдана приемной антенной в согласованную нагрузку, к мощности, приходящейся на единицу площади в падающей плоской волне.

Эффективная площадь антенны Л, длина волны Я и к. н. д. С связаны следующим соотношением:

Все сказанное выше применимо как к приемным, так и к передающим антеннам.

Перейдем к конкретным типам радиолюбительских УКВ антенн и выбору их параметров.

29. СИММЕТРИЧНЫЙ ВИБРАТОР

Номограмма Л? 25

Для симметричного вибратора полоса частот на УКВ зависит от длины провода. При изменении длины вибратора от О до Я его сопротивление излучения возрастает. Это объясняется тем, что при увеличении длины вибратора на нем укладываются доли волн напряжения одинакового знака и лишь при 1=К на длине вибратора ужладывается целая волна (на каждой половине вибратора ровно полволны).

Как уже было замечено, в антеннах УКВ сопротивление потерь невелико по сравнению с сопротивлением излучения, а к. п. д. высок. Поэтому можно считать входное сопротивление вибратора и его сопротивление излучения равным. Сопротивление вибратора зависит также от отношения длины волны Я к диаметру d проводников вибратора. Чем больше диаметр относительно длины волны, тем ниже входное сопротивление.

Ранее было введено понятие электрической длины проводника. Для вибратора она не отличается от геометрической длины только при бесконечно тон-



1 2 3 4 5 6 7 8 9

Яндекс.Метрика