Разработка антенно-фидерного устройства (рупорно-линзовой антенны)

1.  Исходные данные.

1.1 Диапазон рабочих частот   7,0 – 7,2 ГГц.
1.2 Коэффициент усиления передающей антенны  не менее 35дБ.
1.3 Мощность, подводимая к антенне  5 Вт.
1.4 Поляризация – вертикальная.
1.5 Длина фидера 50 м.
1.6 КБВ в фидере не менее 0.8.
1.7 Высоты передающей антенн H1=H2=50 м.
1.8 Параметры почвы:
      - проводимость 6.0 мс/м,
      - относительная диэлектрическая проницаемость 5.0.

2.  Сравнение различных типов антенн РРЛ.

2.1   Рупорно-линзовая антенна.
Данный тип антенн имеет достаточно узкую диаграмму направленности, которая составляет порядка нескольких градусов. Принцип действия основан на свойстве преломления электромагнитной волны (ЭМВ) преломляться, когда она проходит через границу раздела двух сред. Конструкция данной антенны имеет вид рупора – облучателя и линзы. Основным достоинством данных антенн является то, что коэффициент преломления линзы не зависит от частоты в достаточно широком диапазоне. Кроме того, антенна имеет высокие защитные свойства (до 40 дБ), и хорошо согласуется с фидером в широком диапазоне частот. Высокие защитные свойства обусловлены экранированием антенного облучателя – волноводом.

2.2   Зеркальная антенна.
На РРЛ широкое распространение  получили зеркальные антенны. Это обусловлено тем, что такая антенна имеет простую конструкцию и есть возможность получить хороший коэффициент направленного действия (КНД). Применяются в диапазонах: УКВ, сантиметровых и дециметровых. Антенна состоит из отражателя и облучателя. Отражатель (зеркало) может быть представлен параболическим, усеченным параболическим, сферическим зеркалом и рупорно-параболическими поверхностями. Облучатель представляет собой слабонаправленную антенну, излучающую сферические волны. Он находится в фокусе зеркала. Таким образом, зеркало трансформирует сферическую волну в плоскую. 

2.3   Перископическая антенна.
Данная антенна состоит из двух зеркал. Одно зеркало – облучатель, расположенный на земле или крыше дома, второе зеркало устанавливается на вершине башни. Второе зеркало располагается так, чтобы энергия ЭМВ, перехватываемая им излучалась в направлении соседних радиорелейных станций. Достоинством данного типа антенн является возможность осуществить работу с меньшими потерями и лучшим согласованием. Недостаток же заключается в том, что у данного типа антенн нет высокого защитного действия.

3.  Выбор геометрических размеров антенны.

3.1   Расчет размеров рупора.

Для начала будем считать, что рупор будет прямоугольным, так как в исходных данных задана волна с вертикальной поляризацией. Также он будет и пирамидальным. Эскиз рупора с условными
обозначениями показан на рисунке 1.

Рисунок 1

Зададимся некоторыми величинами :
- крайние частоты диапазона f1=7.0 ГГц и f2=7.2 ГГц;
- коэффициент усиления (КУ) передающей антенны Gdb=39 дБ;
- коэффициент полезного действия (КПД) h=0,95;
- коэффициент использования поверхности (КИП) n=0,64;
- коэффициент бегущей волны (КБВ) KBV=0.8.
Переведем КУ Gdb в разы

Теперь посчитаем коэффициент направленного действия (КНД)

и рабочую длину волны