Исследование влияния прямоугольного проводящего экрана на ТВ передающую антенну с режекторной ДН (стр. 2 из 3)
(дбдк) вП(к) вил(дэ)
Zшл = о30 ò Цш(д) ò х (1бдэ) в П(к) ил(дэ) --------- -------- --------- ъ (П2ю7)
Дэ Дэ ввк вдэ
свободные члены СЛАУ Ei - по формуле:
Ei = ò Wi(l) Ee (l) dl . (П2.7)
L'
Что касается функции распределения стороннего поля Еe(1), обусловливающей свободные члены СЛАУ E1, E2,... EN, то способ ее определения зависит от используемой модели возбуждения (формализации сторонних источников [П.2.1]). В данном случае использована известная модель возбуждения типа "дельта-генератор", в рамках которой функция Еe(1) = 0 всюду, за исключением зазоров активных вибраторов, к которым подведено питающее напряжением (в этих зазорах стороннее поле соответствует нормированным комплексным амплитудам питающих напряжений).
В качестве базисных использованы кусочно-синусоидальные функции, позволяющие использовать замкнутые выражения для вычисления поля в точке [1.5, 1.6] (при этом в (П2.7) исчезает интеграл по l'). Базисные функции данного типа определяются следующим образом. Контур L' разбивается на частично перекрывающиеся электрически короткие отрезки (сегменты) L'1, L'2, ... L'N. Центральные точки сегментов - значения l'1, l'2, ... l'N координаты l' (подстрочный индекс соответствует номеру сегмента). Начало k-го сегмента совпадает с центром предыдущего (l'k-1), конец - с центром следующего (l'к+1). Некоторая k-я кусочно-синусоидальная базисная функция bk(l') отлична от нуля в пределах k-го сегмента, максимальна в его центре и убывает по синусоидальному закону до нуля при перемещении к его крайним точкам.
Сегмент, в сущности, представляет собой короткий вибратор, плечи которого могут иметь разную длину и не лежать на одной прямой ("уголковый" сегмент). Гальванические контакты между проводами (в узлах разветвления) описываются посредством сегментов, центры которых совпадают с точками контактов, а плечи расположены на разных проводах (нетрудно убедиться, что при этом автоматически выполняется закон Кирхгофа для узла цепи).
Для определения весовых функций контур L аналогичным образом разбивается на сегменты L1, L2, ... LN, причем каждый сегмент Lk соответствует сегменту L'k и находится на кратчайшем от него расстоянии. В качестве весовых использованы функции двух типов (в разных задачах):
- кусочно-синусоидальные, равные соответствующим базисным
Цл(д) = ил(дэ)б д -Ю дэж
- дельта-функций Дирака
Wk(l) = 8(l-lk).
Разновидность метода моментов при выборе весовых функций первого типа называют методом Галеркина [1.5, 1.6], при выборе весовых функций второго типа - методом сшивания в дискретных точках.
Метод Галеркина обеспечивает сравнительно быструю сходимость решения [1.5, 1.6]. Решение, получаемое методом сшивания в точках (его физическая сущность заключается в наложении граничных условий в отдельных точках контура L - точках сшивания), сходится медленнее, однако, данный метод обеспечивает наименьшие затраты машинного времени на расчет Zik, поскольку в силу известного свойства дельта-функции в (П2.7) исчезает интеграл по 1. Как показывает практика в зависимости от характера задачи следует использовать как метод Галеркина, так и метод сшивания.
Решением СЛАУ (П2.6) находятся коэффициенты I1, I2, ... IN, которые совместно с базисными функциями аппроксимируют истинное распределение тока.
По найденному распределению тока вычисляются значения ненормированной ДН как величины, совпадающие с точностью до постоянного множителя с напряженностями поля в дальней зоне, являющегося суперпозицией полей, создаваемых отдельными сегментами (каждый сегмент рассматривается как элементарный вибратор) по формуле:
N
f(и,ц) = SIkLkfk (и,ц) exp [jв (rk , 1ИЗ)] , (П2.8)
k=l
где и и ц - углы, определяющие направление на точку наблюдения (и - полярное расстояние, ц - азимут в сферической системе координат);
Lk - длина k-гo сегмента, м;
fk (и,ц) - векторная (т.е. учитывающая ориентацию сегмента) диаграмма направленности элементарного вибратора, образованного k-м сегментом;
rk - радиус-вектор центра k-rо сегмента;
1ИЗ - единичный вектор направления на точку наблюдения (в сферической системе координат).
При исследовании многоэтажных антенн электродинамическим методом находилась ДН одного этажа. ДН антенны в горизонтальной плоскости будет, очевидно, такой же, ненормированная ДН в вертикальной плоскости вычислялась по формуле:
L
FВП(и,ц) = SAkfэт (и) exp (jpHkcosи), (П2.12)
k=l
где
L - число этажей;
Ак - комплексная амплитуда возбуждения k-гo этажа;
Hk - высота k-гo этажа относительно условного центра антенны.
радиовещание антенна прямоугольный экран
3. Анализ влияния прямоугольного проводящего экрана на ТВ передающую антенну
3.1 ТВ антенна 5 телевизионного канала без корректировки диаграммы направленности
Рассмотрим антенну ТВК, представленную на Рис. 5.1.
Рис. 1.1 Общий вид ТВ антенны 5 ТВК
Антенна представлена в виде трех пар электрических вибраторов, расположенных на расстоянии л/4 (0,1 м) друг от друга. Пара вибраторов имеет одинаковое значение токов с фазой равной 0 и 90 градусов.
Рис. 1.2 Двухмерная диаграмма направленности для телевизионной антенны без экрана на частоте 742 МГц
Рис. 1.3 Трехмерная диаграмма направленности для телевизионной антенны без экрана на частоте 742 МГц
3.2 Исследование экрана с вертикальным отверстием
Для численного решения задачи о влиянии экрана на излучение электрического вибратора воспользуемся программой HFSS [5].
Для реализации поставленной задачи рассмотрим задачу подавления поля излучения электрических вибраторов (с размером плеча л/4 (0,1 м)) с помощью прямоугольного экрана со щелевым отверстием (рис. 5.4).
Вид исследуемой антенны с экраном, представлен на Рис. 1.4.
Рис. 1.4 Радионепрозрачный экран с отверстием
Прямоугольный экран со щелевым отверстием. Расстояние от экрана до отверстия составляет л. Экран имеет форму прямоугольника размером 1,25 л х 0,5 л (0,5 м x 0,2 м), в котором на расстоянии 0,012 л (0,0048 м) от центра экрана прорезано вертикальное отверстие 0,5 л х 0,05 л (0,2 м x 0,02 м). Было исследовано изменение ДН от частоты для диапазона 55 ТВК радиоканала. Исследования проводились на крайних частотах – 742 МГц, 750 МГц. (рис. 5.5) и на центральной частоте – 746 МГц (рис. 5.6). Оценим диаграммы направленности в плоскости XOZ.
Рис. 1.5 Прямоугольный экран с щелевым отверстием. Зависимость подавления излучения от угла на крайних частотах
Рис. 1.6 Прямоугольный экран с щелевым отверстием. Зависимость подавления излучения от угла на центральной частоте
Оценим полученную ДН для частоты 742 МГц (рис. 5.5). Ширина сектора подавления на минус 10 дБ составляет 30 градусов, на минус 20 дБ составляет 10 градусов, на минус 25 дБ составляет 1 градус. С данным типом экрана сигнал подавляется на 27 дБ. Минимальное значение сигнала вне сектора подавления Umin= -17 дБ, а разность между минимальным значением сигнала вне сектора подавления и максимальным значением в секторе составляет 10 дБ. Крутизна ДН составляет 11 дБ/град.
Оценим диаграммы направленности в плоскости XOY.
Для определения подавления излучений в других плоскостях оценим уровни подавлений на разных частотах диапазона 55 канала.
Рис. 1.7 Двухмерная круговая диаграмма направленности для частоты 742 МГц.
Рис. 1.8 Двухмерная круговая диаграмма направленности для частоты 744 МГц
Рис. 1.9 Двухмерная круговая диаграмма направленности для частоты 746МГц
Рис. 1.10 Двухмерная круговая диаграмма направленности для частоты 750 МГц
В результате полученных диаграмм направленности на разных частотах диапазона 55 канала в плоскости XOY видно, что ДН с изменением частоты больше 742 МГц не изменяется. В результате на частотах больше 742 МГц сигнал подавляется на 10,5 дБ в двух симметричных секторах углов 35 градусов. А в диапазоне секторов 45-65 градусов на 4 – 5,5 дБ, в диапазоне секторов 65-90 градусов на 0,5 – 4 дБ. Диаграмма относительно симметрична для диапазонов углов от 90 – 180 градусов.
На частоте 742 МГц сигнал подавляется на 10 дБ в секторе углов 30 градусов. При этом в диапазоне секторов 20-150 градусов подавление на 4 дБ.
Построим трехмерную диаграмму направленности для оптимального выполнения критерия подавления излучения диапазона 55 канала.
Рис. 1.11 Трехмерная круговая диаграмма направленности для частоты 742 МГц.
Из рис. 1.11. видно, что подавление излучения с помощью электромагнитного экрана имеет место и в областях находящихся под углом к горизонтальной плоскости. Данное затенение зоны обслуживания существенно для гористой местности и решения проблем электромагнитной совместимости.
Выводы:
Для реализации режекторной ДН был получен прямоугольный экран со щелевым отверстием. Прямоугольный экран с отверстием подавляет излучение на 10 дБ и работает в диапазоне 55 канала. Получена оптимальная частота 742 МГц для исследуемого канала и выполнения критерия подавления излучения.