Диаграмма направленности полуволнового вибратора (ПВВ)

ПВВ, как и другие антенны (А.), излучает и принимает энергию в различных направлениях неодинаково. Направленные свойства антенны оцениваются диаграммами направленности (ДН). ДН передающей антенны иногда называют характеристикой излучения (ХИ), а ДН приемной – приемной характеристикой (ПХ).

ХИ показывает зависимость напряженности поля излучения Е от напряжения при неизменном расстоянии от антенны. Для полной оценки направленных свойств А.. необходимы две диаграммы, снятые во взаимно ┴ плоскостях (для ПВВ определяются диаграммы в плоскостях ┴ оси вибратора и проходящей через его ось).

Если направленность поля излучения, создаваемого А., в каждом направлении изображать векторами концы совокупности всех векторов соединить плавной кривой, то получится ДН передающей А..Все направления, лежащие в плоскости ┴ вибратору, равноценны и направленность поля во всех направлениях одинакова (рис А). Это означает, что ДН в этой плоскости имеет вид круга и вибратор в этой плоскости является ненаправленной А..

Характеристика излучения в плоскости, проходящей через ось вибратора имеет вид, представленный на рисунке Б.

В плоскости оси антенны ДН имеет вид "лежащей восьмерки", т.е. в направлениях, ┴ вибратору, создается Е_макс поля, а в направлениях, совпадающих с его осью, Е→0. При переходе от одного направления к другому, Е поля плавно изменяется, т.о., в каждой плоскости, проходящей через ось вибратора имеются два макс. излучения и два направления с нулевой напряженностью.

ПХ показывает зависимость ЭДС, наводимой в антенне от направл., с которого приходит энергия. Т.к. любая антенна обратима, то ПХ=ХИ, поэтому при оценке направленных свойств А. приводят ДН, которая одноврем. явл. одновременно ХИ и ПХ.

1. Излучение э/м волн

Радио было изобретено в 1895 году великим русским физиком Александром Степановичем Поповым

Днем изобретения радио (р/) считается 7 мая 1985г., когда Попов А.С., сделал доклад о своем изобретении на заседании физического отделения русского физико-химического сообщества в Петербурге. Во время доклада Попов продемонстрировал первый в мире р/приемник. Менее чем через год, Попов продемонстрировал установку передачи и приема сигналов телеграфной азбуки на расстояние 250м. Уже в 1899г. его р/станции поддерживали связь между кораблями Черноморского флота на расстоянии 22 км. В 1900г. Была обеспечена связь на 40 км.

Одним из обязательных элементов любого р/технического устройства является антенна (А.). А. м.б. передающими и приемными. Передающие А. питаются переменным током высокой частоты (ВЧ) и излучают ее в окружающее пространство в виде Э/М волн. Приемные А. служат для улавливания передаваемых Э/М-волн и являются составляющей приемного устройства. Любая антенна обратима и м.б. использована и как приемная, и как передающая. Типы и конструкции А. зависят от назначения и длины волны.

Колебательный контур (КК), состоящий из конденсатора (С) и катушки индуктивности (L) называется замкнутым КК и не создает в окружающем пространстве ЭМ волн (не излучает энергии). Для создания в окружающем пространстве Э/М-волн необходимо иметь колебательную систему, в которой эл. и магн. поля не разделены и занимают значительный объем в окружающем пространстве – открытый КК. Его примером является полуволновой вибратор.

Полуволновой вибратор (ПВВ) представляет собой проводник, длина которого приблизительно равна половине длины волны. С учетом поверхностного эффекта, вибратор, как правило, выполняют в форме трубки. ПВВ, как и отрезок разомкнутой линии обладает С и L, а следовательно, обладает свойствами КК. Однако его отличие – C и L вибратора, также как и линии, являются не сосредоточенными, а распределенными по всей длине вибратора.

Питание ПВВ осуществляется от источника тока ВЧ, включенного в середину ПВВ по линии связи - фидеру, который, как правило, выполняют коаксиальным кабелем.

При подаче ВЧ напряжения на ПВВ вокруг него возникают переменные эл. и магн. поля. В результате этого, в окружающем пространстве вокруг ПВВ, создается т.н. поле излучения, которое представляет собой совокупность переменных эл. и магн. полей, распространяющихся во внешнем пространстве, независимо от последующего изменения тока в А. При этом изменение эл. поля создает магн. поле, а изменение магн. поля - эл. поле.

Вектора напряженностей эл. и магн. полей взаимно ┴ и совпадают по фазе. За счет движения полей в пространстве, в каждой его точке энергия э/м поля пульсирует, а направление движения определяется вектором Пойтинга.

Если передающая А. расположена вертикально, то электрические силовые линии поля излучения будут расположены в вертикальной плоскости, а магн. - в горизонтально, такое поле называется вертикально поляризованным, если А. расположена горизонтально - это горизонтально поляризованное поле соответственно.

2.Прием э/м энергии

Если на пути распространения ЭМ волн находится проводник, то в нем возникают индуктированные переменные ЭДС и ток. Следовательно, проводник принимает энергию, переносимую ЭМ волнами и может служить приемной антенной (А.).

Однако, количество энергии, принятое А., очень мало и м.б. использовано только после её усиления. ЭДС, наводимое в приемной антенне, измеряется в мВ и мкВ. Чем больше напряженность ЭМ поля и чем длиннее проводник в А.., тем больше будет в ней индуктированная ЭДС. По направленности ЭМ поля судят по величине ЭДС, которая наводит это поле в проводнике длиной 1 м и измеряют в [мкВ/м].

Провод приемной А. д.б. расположен в плоскости поляризации волны (т.е. если передающая антенна расположена вертикально, то и приемная д.б. расположена вертикально), иначе ЭДС уменьшится, а при ┴ расположении будет равна 0.

На больших расстояниях от передающей антенны, направление плоскости поляризации может изменяться. В этом случае максимальная ЭДС в приемной А. будет наводиться при ином ее расположении.

В качестве приемной А. м.б. использован полуволновой вибратор (ПВВ). В этом случае он является источником, питающим фидер, а нагрузкой фидера является вход приемника.

Приемная А. в виде ПВВ является резонансной, поэтому величина тока в А. будет зависеть от длины принимаемой волны и будет максимальна в том случае, когда длина принимаемой волны будет равна собственной волне вибратора, т.е. в 2 раза больше полной длины ПВВ.

Как правило, приемники связи принимают сигналы различной частоты. Настройка длины приемной А. на разные частоты усложнила бы пользование ими, поэтому для приемников связи используют нерезонансные антенны. Это означает, что провод приемной А. м.б. не строго определенной длины

5. Принцип передачи по р/волновому каналу связи. Функц. схема р/линии. Осн. элементы р/передающих устройств.

При передаче информации по р/линии используются эл. сигналы. Физической величиной, определяющей такие сигналы является ток или напряжение. Если сообщение не электрического происхождения, например текст, то оно предварительно преобразуется в эл. сигнал, который изменяется во времени по закону передаваемой информации. Эл. сигналы, содержащие инфу не передаются непосредственно по р/линии, т.к. как правило, они НЧ и для их излучения нужны А. значительных размеров.

Для передачи НЧ сообщений используется косвенный метод: ЭМ волны возбуждаются в пространстве посредством ВЧ тока: i(t)=I_mcos(2πft-φ), где I_m- амплитуда тока; ω=2πf – частота колеб.; t – время; φ – нач. фаза, один из параметров которого изменяется по закону передаваемого сообщения.

Процесс управления одним из параметров ВЧ тока – модуляция. Различают амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляцию. НЧ сигналы, несущие информацию и модулирующие ВЧ колебания называются управляющими. Сигналы, полученные в результате модуляции - радиосигналы. Р/сигналы формируются в р/передающем устройстве. Приемное устройство обеспечивает прием и обработку сигнала, а также выделение переданного сообщения.

Функциональная схема р/линии

msg – входящее/исходящее сообщение;

Блоки р/передающего устройства: 1) ПУ – преобразующее устройство, преобразует msg в управляющее напряжение Uу, изменяющееся по закону передаваемого сообщения, например для звука ПУ – микрофон; 2) ЗГ – задающий генератор, вырабатывает гармонические колебания ВЧ (несущие), U_ЗГ=U_m∙cos(ω_Ht); 3) МУ – модуляционное устройство, в нем модулирующее напряжение изменяет один из параметров подводимого от ЗГ ВЧ напряжения, на выходе получаются ВЧ модулированные колебания: U=U_m(t)∙cos(ω_Ht), U_m=A∙U_Y(t), A=const. 4) УМ – усилитель мощности, для увеличения модулированных ВЧ колебания; 5) А – антенна, в ней ВЧ модулированные колебания возбуждают ЭМ волны, их распространение в пространстве зависит от свойств антенны (ДН).

6. Принцип передачи по р/волновому каналу связи. Функц. схема р/линии. Осн. элементы р/приемных устройств*

При передаче информации по р/линии используются эл. сигналы. Физической величиной, определяющей такие сигналы является ток или напряжение. Если сообщение не электрического происхождения, например текст, то оно предварительно преобразуется в эл. сигнал, который изменяется во времени по закону передаваемой информации. Эл. сигналы, содержащие инфу не передаются непосредственно по р/линии, т.к. как правило, они НЧ и для их излучения нужны А. значительных размеров.

Для передачи НЧ сообщений используется косвенный метод: ЭМ волны возбуждаются в пространстве посредством ВЧ тока: i(t)=I_mcos(2πft-φ), где I_m- амплитуда тока; ω=2πf – частота колеб.; t – время; φ – нач. фаза, один из параметров которого изменяется по закону передаваемого сообщения.

Процесс управления одним из параметров ВЧ тока – модуляция. Различают амплитудную (АМ), частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ) модуляцию. НЧ сигналы, несущие информацию и модулирующие ВЧ колебания называются управляющими. Сигналы, полученные в результате модуляции - радиосигналы. Р/сигналы формируются в р/передающем устройстве. Приемное устройство обеспечивает прием и обработку сигнала, а также выделение переданного сообщения.

Функциональная схема р/линии

msg – входящее/исходящее сообщение;

Блоки р/приемного устройства: 1) А – антенна, в ней под действием излучаемого ЭМ поля возбуждается ЭДС сигнала. 2) ВЦ – входная цепь, осущ. селекцию принимаемых сигналов; 3) УВЧ – усилитель ВЧ, усиливает слабый веделенный сигнал; 4) Д – детектор,преобразует ВЧ сигнал на входе и выделяет из него НЧ, управляющий сигнал, т.е. детектирует/демодулирует. 5) УНЧ – усилитель НЧ, увеличивает мощность слабого НЧ сигнала с выхода Д. 6) ВУ – выходное устройство, преобразует НЧ управляющий сигнал в форму, неоходимую получателю (например динамик).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: