Общие сведения и типы рамочных антенн.

ЛЕКЦИЯ № 22. Рамочные и кольцевые антенны

Учебные вопросы

1. Общие сведения и типы рамочных антенн.

2. Приемные рамочные антенны с электрически малыми размерами, их характе­ристики и параметры.

3. Рамочные антенны с магнитным сердечником.

4. Рамочные антенны с размерами, соизмеримыми с длиной вол­ны.

5. Кольцевые вибраторные антенны.

Общие сведения и типы рамочных антенн.

Наряду с антеннами электрического типа (или разомкнутого ти­па, напри-мер, вибраторными), применяются и антенны магнитного ти­па (или замкнутого типа), которые выполняются в виде рамок.

В простейшем случае рамочная антенна представляет собой один или нес-колько последовательно соединенных витков провода, распо­ложенных соосно.

Рамочные антенны различаются:

- размерами витка ℓ _в по сравнению с длиной волны: электрически малые рамки (ℓ _в < < λ), рамки, соизмеримые с длиной волны (ℓ _в ≈ λ),

- формой витка: круглые, прямоугольные, треугольные и т.д.;

- количеством витков: одновитковые, многовитковые;

- наличием или отсутствием магнитного сердечника.

2. Приемные рамочные антенны с электрически малыми размерами, их харак­теристики и параметры.

Такая рамочная антенна имеет размеры витка, много меньше длины волны и используется в качестве приемной антенны в различ­ных радиотехнических систе-мах. Расположим круглую рамку в начале сферической системы координат, при-чем ось OZ направлена перпенди­кулярно плоскости витка, как это показано на ри-сунке. Пусть на рамку падает плоская ЭМВ под углом a к плоскости ее витка. В соответствии с законом электромагнитной индукции, ЭДС, наводимая в рамке будет пропорциональна скорости изменения маг­нитного потока, пронизывающего рамку:

, (1)

где - магнитный поток, пронизывающий рамку. Его можно най­ти, зная напряженность магнитного поля ЭМВ в месте расположения рамки:

, (2)

где S - площадь витка рамки, μ _a - абсолютная магнитная проницаемость среды внутри витка рамки.

Поскольку напряженность магнитного поля изменяется во време­ни по гар-моническому закону, подставляя (2) в (1) получим:

. (3)

Учитывая связь между напряженностями электрического и магнитного по-лей в воздухе (Е = 120π Н), для рамки без магнитного сердечника можем из (3) по-лучить:

. (4)

Если рамочная антенна имеет n витков, то наведенная в ней ЭДС будет в n раз больше:

. (5)

Из (5) можем определить амплитудное значение ЭДС:

. (6)

Для направления максимального приема (θ =90⁰) из (6) получим:

. (7)

Далее необходимо определить основные характеристики и параметры рам-ки.

Диаграмма направленности

В плоскости витка рамки (в Е-плоскости) ДН описывается выражением:

F^E(φ) = 1

и имеет вид окруж­ности, а в плоскости, перпендикулярной плоскости витка рамки (в Н-плоскости) она описывается выражением:

F^H(θ) = sin(θ)

и имеет вид восьмерки с максимумами в направлениях θ = 90⁰ и θ = 180⁰, как это показано на рисунке.

Поляризация ЭМП

Вектор магнитного поля ЭМВ, под воздействием которого в рам­ке наводит-ся ЭДС перпендикулярен плоскости витка рамки. Следова­тельно, поляризация ЭМП рамки является линейной и совпадает с по­ложением рамки в пространстве.

Фазовая характеристика

Она определяется фазой наведенной в рамке ЭДС, которая изме­няется на в зависимости от направления прихода ЭМВ (слева или справа). Тогда фазовая ха-рактеристика будет иметь вид, изображенный на рисунке:

Необходимо отметить, что фаза наведенной в рамке ЭДС сд­винута на π /2 по отношению к фазе электрического или магнитного поля падающей волны в центре рамки.

Действующая длина рамки

Как известно, в приемных антеннах наведенная ЭДС пропорцио­нальна напряженности электрического поля в месте расположения ан­тенны и определяется выражением:

,

где - действующая длина антенны, выражение для которой из (7) примет вид:

. (8)

Из (8) видим, что у приемной рамочной антенны с малыми размерами в дли-нах волн площадь витка будет мала и, следовательно, действу­ющая длина ее по-лучается небольшой.

Сопротивление излучения (переизлучения)

Как известно, сопротивление переизлучения характеризует переизлучен-ную приемной антенной мощность при короткозамкнутых зажимах. Его можно определить, зная действующую длину:

. (9)

Из (9) видим, что и сопротивление излучения электрически малой рамки очень мало и на практике составляет единицы Ом. Именно по­этому электрически малые рамки используются только как приемные антенны. Их использование в качестве передающих антенн оказывает­ся из-за малой величины сопротивления излучения оказывается мало­эффективным вследствие низкого КПД. Кроме того, в сложно подоб­рать линию передачи с малым волновым сопротивлением. Для уве-личе­ния действующей длины и сопротивления излучения используют многовит-ковые рамки и применяют сердечники из ферромагнитных материа­лов.