Расчет напряжения в приемной антенне. Направленные свойства антенного присоединения

Уровень сигнала порядка 1В достаточен для последующей обработки современной аппаратурой, т.е. антенны могут эффективно использоваться в качестве присоединителя в системах связи.

Существенным фактором, ограничивающим такое применение, может оказаться собственный  импеданс антенны.

2. 2. Расчет напряжения в приемной антенне.

В предыдущем параграфе были получены значения для ЭДС, генерируемой за счет  электромагнитной связи в приемной антенне ветрикально  

горизонтально     

где

L - длина антенны (ширина рамки L = 3м)

I - ток в проводах ЛЭП

Максимальное значение:

Реальное напряжения на нагрузке R_u  зависит от импедансных свойств антенны. Эквивалентная схема антенны в режиме приема:

При включении нагрузки с одной стороны антенной рамки напряжение на ней будет:

r_a - омическое сопротивление антенны

L_a - индуктивность антенны

где ρ – удельное сопротивления проводника сечения S.

Q(f) - фактор обусловленный  поверхностным эффектом

Для гидирромагнитных  проводников:

Для меди, аллюминия: а ≈ 0,0155

Значение   сопротивлений медного и аллюминиевого провода Ø 3м сведены в таблицу 2.2.1. Там же приведены значения индуктивности. Параметры приведены на 1км длины.

                                                                                                          Таблица 2.2.1

f , Гц R , L	0	105	3·105	5·105	8·105	10·105
Al R(Ом)	0.99	5.83	9.92	12.72	16.09	17.89
Cu R(Ом)	0,6	3,51	5,93	7,65	9,63	10,7
L Cu , Al мГн	1,26	0,89	0,51	0,4	0,31	0,28
L  мГн (l=100м)	0,21	0,15	0,084	0,066	0,052	0,047
L Рамки l=100м (мГн)	0,34	0,24	0,155	0,113	0,08	0,068

Для прямоугольной рамки индуктивность имеет следующее числовое значение на постоянном токе: 

С ростом частоты L убывает по закону:

Для рамки длиной  l = 100 м, h = 3 м значение индуктивности приведены в таблице 2.1.1.

[1]  П. Г. Грудинский  и др. Электротехнический справочник  М.: Энергия,  1974г.

Зависимость rа  и L для рамки - антенны представлены на рис. 2.2.1 и 2.2.2.

Собственный импеданс рамки  L = 100м               таблица 2.2.2

f Гц	0	105	3·105	5·105	8·105	106
ωL (Ом)	0	151	292	355	402	427
ra (Ом)	2	11,7	19,8	25,4	35,8	35,8

Особенность полученных результатов состоит в том, что индуктивное сопротивление рамки, как видно это из приведенных выше результатов, растет достаточно медленно. Оно компенсируется снижением индуктивности самой рамочной антенны.

В таблице 2.2.3 приведены нормированные значения выходного напряжения для разных частот  в антенне нагруженной сопротивлением 

R_н =W=1000 Ом.

Нормированное выходное напряжение          таблица 2.2.3

f Гц	50	105	3·105	5·105	8·105	106
(Uвых)	5·10-5	0,1	0,29	0,47	0,74	0,91

Нормировка выполнена по отношению к величине магнитного потока. Таким образом, выходное напряжение на нагрузке растет с ростом частоты по закону близкому к линейному.

2.3. Направленные свойства антенного присоединения.

Рассмотрим волновые свойства электромагнитной связи между линией, образованной проводами ЛЭП и антенной. Пусть на ЛЭП распространяется электромагнитная волна с постоянной распространения γ.

Тогда волна с некоторой выбранной фазой возбуждает сначало левый конец антенны (рис. 2.3.1), а потом последовательно следующие участки антенны.

Каждая элементарная часть волны передается в антенну и распространяется в направлениях нагрузок  Z₂ (сплошная линия) и Z₁ (пунктирная). При этом все элементарные возбуждения складываются на нагрузке  Z₂ синфазно, а на нагрузке Z₁ со сдвигом фаз ∆ψ, соответствующим пройденному пути 2S.

Тогда суммарный сигнал на нагрузке Z₂   U₂ = χU₀e, где χ - коэффициент связи между линиями.

На нагрузке Z₁

Таким образом, напряжение U₂ ≠ U₁ и следует ожидать, что U₂ ≥ U₁

Для малых l     

В общем, виде

Так как γ = α + jβ

α-коэффициент затухания

  -  постоянная распространения

_ф - фазовая скорость волны в линии ЛЭП

  -  коэффициент замедления

Тогда считая, что α << β получаем

Направленные свойства  характеризуются отношением:     

 

Электромагнитная волна частоты f имеет длину волны λ=с/f. Например, для  f = 100 кГц,  λ = 3000 м,    для f = 1МГц – λ = 300м.

На рис. 2.3.2 представлена зависимость направленности η от отношения l/λ.

Видно, что при l ≈ 0,5λ вся энергия передается только во вторую нагрузку. В свою очередь, если волна будет распространяться справа налево, то вся энергия пойдет в первую нагрузку.

В этом суть направленности рассмотренного присоединения. Можно использовать такую антенну для раздельного приема сигналов, распространяющихся в разных направлениях.