Κεραίες & Ασύρματες Ζεύξεις

Transcript

1 Κεραίες & Ασύρματες Ζεύξεις ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΕΙΣΟΔΟΥ ΚΕΡΑΙΑΣ Το μάθημα αυτό πραγματεύεται το αντικείμενο των κεραιών και των Ασύρματων Ζεύξεων. Περιέχει τη θεμελίωση και τις βασικές έννοιες /αρχές που διέπουν τόσο τα στοιχεία και τις διατάξεις ακτινοβολίας όσο και τις βασικές παραμέτρους και περιορισμούς στις ασύρματες ζεύξεις. Χ. Νικολόπουλος

2 Σύνδεση διπόλου με γραμμή μεταφοράς Ο συντελεστής ανάκλασης Ζ ο ρ Ζ α VSWR Ο λόγος στάσιμου κύματος στη γραμμή μεταφοράς συνδέεται με τον συντελεστή ανάκλασης. Συνήθως είναι αποδεκτές τιμές του VSWR<.5. R jx a a a P P j W W * ad m e 5//08 όπου,. P ad η ισχύς ακτινοβολίας. P απ η ισχύς ωμικών απωλειών 3. ω, η κυκλική συχνότητα 4. W m, η μέση αποθηκευμένη μαγνητική ενέργεια στην περιοχή αντιδρόντος πεδίου 5. W e, η μέση αποθηκευμένη ηλεκτρική ενέργεια στην περιοχή αντιδρόντος πεδίου, και 6. Ι ο, το ρεύμα στο σημείο τροφοδότησης της κεραίας.

3 Σύνδεση διπόλου με γραμμή μεταφοράς R a (Ohms) α/λ= R a (Ohms) α/λ=0.00 Η αντίσταση εισόδου ενός διπόλου συνολικού μήκους, με κυλινδρικό σχήμα διαμέτρου α, φαίνεται στα σχήματα. Θα πρέπει να παρατηρηθεί ότι ανεξάρτητα από τη διάμετρο του σύρματος α, το δίπολο συντονίζεται (Χ α =0) για μήκος =0.48 λ. 00 /λ 0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 400 X a (Ohms) 300 α/λ= /λ 0,3-00 0,5 0,7 0,9, /λ 0 0,3 0,5 0,7 0,9, 500 Χ a (Ohms) 000 α/λ= /λ 0 0,3 0,5 0,7 0,9, //

4 Το Θεώρημα Αμοιβαιότητας V Ροή ενέργειας V / = V / O λόγος τάσης τροφοδότησης της κεραίας προς το ρεύμα που επάγεται στην κεραία μπορεί να οριστεί ως η αντίσταση μεταφοράς Ζ. Αντίστοιχα ως αντίσταση μεταφοράς ορίζεται ο λόγος τάσης τροφοδότησης της κεραίας προς το ρεύμα που επάγεται στην κεραία. Το θεώρημα της αμοιβαιότητας γράφεται, Ζ =Ζ V 5//08 4

5 Ισοδύναμο κύκλωμα Ι α V 3 a a 3 3 V V V V Ζ =Ζ 5//08 5

6 Εφαρμογή του θεωρήματος αμοιβαιότητας για τον υπολογισμό της ιδίας αντίστασης κεραίας κεντρικά τροφοδοτούμενο δίπολο του σχήματος, το οποίο τροφοδοτείται με τάση V. Το ρεύμα σε απόσταση από το άκρο του συμβολίζεται με Ι. Η αντίσταση μεταφοράς Ζ θα είναι ο λόγος, E d V Στη συνέχεια ας θεωρηθεί το εφαρμοζόμενο πεδίο που είναι παράλληλο προς την κεραία ότι είναι το Ε. =0 Το πεδίο αυτό προκαλείται από το ίδιο το ρεύμα της κεραίας σαν αυτή να βρισκόταν εντός κενού χώρου. Το πεδίο αυτό επάγει ένα ηλεκτρικό πεδίο Ε ε στον αγωγό τέτοιο ώστε να ικανοποιούνται οι οριακές συνθήκες επί του αγωγού της κεραίας δηλαδή, Ε +Ε ε =0 5//08 6

7 Εφαρμογή του θεωρήματος αμοιβαιότητας για τον υπολογισμό της ιδίας αντίστασης κεραίας E d dv E d V d Ed V dv d dv d =0 V dv d 0 0 5//08 7 dv E d E d ( / ) V ( ) E ( ) d 0 E d

8 Υπολογισμός πεδίου στην κοντινή περιοχή διπόλου αυθαίρετου μήκους / d R ρ R P (x,y,) (ρ,φ,) ( ) m sin k / 0 m sin k / 0 x / O R y A m e (, ) sin k 4 0 jk R R m e sin k 4 0 jk R R d d 5//08 8

9 Υπολογισμός πεδίου στην κοντινή περιοχή διπόλου αυθαίρετου μήκους H H H 0 0 A E E E 0 j A j A / / d O R ρ R R P (x,y,) (ρ,φ,) y E jk R jk R jn e e k e m (, ) cs 4 R R jk x 5//08 9

10 Έκφραση της ιδίας αντίστασης διπόλων ( 0) E ( a, ) ( ) d jkr jkr jn e e k e jk m k 4 0 R R cs sin ( ) d m ( 0) sin k R a R a a 5//08 0

11 Έκφραση της ιδίας αντίστασης διπόλων R X k Si u Si Si Si u k Ci ka Ci u Ci Ci Ci u sin ( ) ( ) ( ) ( ) (max) 30 cs ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4Ci ( ka) Ci ( u ) Ci ( ) k Ci u Ci Ci Ci u k Si ka Si u Si Si Si u sin ( ) ( ) ( ) ( ) (max) 30 cs ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4Si ( ka) Si ( u ) Si ( ) u k a k a u k a k a 5//08

12 Έκφραση της ιδίας αντίστασης διπόλων R (Ohms) Χ (Οhms) α=0.000λ k (/) 0 0 0,5,5, k (/) 0 0 0,5,5,5 3 3,5 4 4, //08

13 Έκφραση της ιδίας αντίστασης διπόλων k (/) R X α=0.00λ X α=0.00λ X α=0.000λ 0, 0, ,055 -,790-48,4997 0, 0, ,383-4,868 -,8 0,3 0, , ,58-74,743 0,4 0, ,889-05,055-33,996 0,5, ,844-33,849-85,098 0,6,403-96,5-57,453-34,98 0,7 4, ,9-74,35-35,63 0,8 7, ,58-8,587-36,55 0,9,4046 -,44-8,94-356,983 6,333-09,589-7,77-335,3,, ,74-5,8-97,44, 30,953-5,546-3,454-44,865,3 40, ,8-86, ,337,4 5, , , ,77,5 63,6949-0, , ,575,6 77, , , ,58,7 9,6507,736, ,5779,8 06,77 8, , ,045,9,458 39,943 4, , ,547 9,07 59, ,674, 5, ,04 97, ,64, 66, , , ,06,3 79,37 389, , ,9894,4 90, , ,84 537,3385,5 99, , ,089 59,5697,6 06,55 38, ,34 503,99,7 0, ,5785 3,440 46,3399,8,674 36,60 90, ,478 5//08 3,9,776 68,396 49, ,5788

14 Τροφοδότηση γραμμικών κεραιών - Πρακτική θεώρηση ( ) R( ) j j C Ζ Ζ C R ( ) R( ) R C ( ) ( ) j ( ) C Q R CR συντελεστής ποιότητας j C jr R R C jq R 5//08 4

15 Εύρος ζώνης διπόλου Όταν δ =R η ισχύς που απορροφά η κεραία είναι το μισό της ισχύος στη συχνότητα συντονισμού R Q Ισχύς κεραίας Q Δω=δω ω ω -δω ω ω +δω 5//08 5

16 Εύρος ζώνης διπόλου Περίπτωση R R p ( ) R p j C C ( ) R p jq d d R 0 m p p 4Q 5//08 6

17 Ισοδύναμο κύκλωμα βροχοκεραίας στην περιοχή συντονισμού Ζ C βροχοκεραία με Ν σπείρες ( ) Ζ R C R j jc R c j R ad R j jrc R j jrc R ad ( ) jq jq jc Wad n Nk a 6 R j jc j R j C Q R Q R jq 4 4 5//08 7

18 Αναδιπλωμένο δίπολο λ/ λ/ V/ d V/ Αναδιπλωμένο δίπολο τριών αγωγών V λ Ι Ι Ι λ/ in V 4 Ι 5//08 8

19 Μη συμμετρική τροφοδότηση διπόλων λ/4 h λ/ λ/4 () () h () () h in λ/ h 5//08 9

20 Τροφοδότηση στοιχειοκεραιών V V cs( k ) j sin( k ) V V j V sin( k ) cs( k ) d Προσαρμογή με στέλεχος d 5//08 0

21 Μετασχηματιστής λ/4 λ/4 d R in Μ/Σ λ/4 Ζ=[Ζ ο R in ] / R in 5//08

22 Προσαρμογή -Τ- και -Γ / / α α α d α d C / / / Ζ ο 5//08

23 Μετασχηματιστής συμμετρίας-ασσυμετρίας (Βalun) λ/4 in Mη ισοσταθμισμένη ομοαξονική γραμμή Ισοστάθμιση με μεταλικό δακτύλιο λ/4 5//08 3

24 Διηλεκτρική φόρτιση διπόλων d d P Q d ln d d ( ) ln d 5//08 4

25 Αμοιβαία αντίσταση διπόλων Ι i Ε () α V V V i i Ε () β V E d ( ) ( ) i i i 0 V Ι i 5//08 5

26 Διάταξη παράλληλων συζευγμένων διπόλων R / y k i m sin k i m sin / R R h / R d h / d y R d h R d h e jk R e jk R j n R R m m k k e d jkr 4 sin i i cs R 5//08 6

27 Διάταξη παράλληλων συζευγμένων διπόλων 70 d R (Ohms) λ/ X (Ohms) 0 0 d/λ 0 0, 0,4 0,7-0,0,3,6,9,,5, //08 7

28 Διάταξη παράλληλων συζευγμένων διπόλων 00 d 80 R (Ohms) λ/ X (Ohms) 0 d/λ 0-0 0, 0,3 0,5 0,7 0,9,,3,5,7,9,,3,5,7, //08 8

29 Τροφοδότηση στοιχειοκεραιών h=λ/4 h=λ/4 h=λ/ h=λ/ h=3λ/4 h=3λ/4 h=λ h=λ d/l R(Ohms) X(Ohms) R(Ohms) X(Ohms) R(Ohms) X(Ohms) R(Ohms) X(Ohms) 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , //08 9

30 Τροφοδότηση στοιχειοκεραιών 5 λ/ 0.45λ 0 0 R (Ohms) h 8 R (Ohms) h 5 X (Ohms) λ/ 6 4 X (Ohms) 0.45λ h/λ h/λ 0 0 0, 0,3 0,5 0,7 0,9,,3,5,7,9,,3,5,7,9 0, 0,3 0,5 0,7 0,9 -,,3,5,7,9,,3,5,7, //08 30

31 Aντίσταση διέγερσης στοιχειοκεραιών V... Ζ nm V n n n NN V N N N mm V V m m m V n, m,,... N nm nm m V V n,,... N n N N nm m m nm m V V V N N N N N NN N 5//08 3

32 Aντίσταση διέγερσης στοιχειοκεραιών in n V n m n N nm n m Ζ Ι Ι Ζ in Ζ in Ζ Ζ Είδωλο Ι Είδωλο -Ι in // in 5//08 3

33 Διάγραμμα ακτινοβολίας στοιχειοκεραιών ως συνάρτηση της ιδίας και αμοιβαίας αντιστάσης e j θ y S( ) sin sin cs x φ d kd cs kd cs sin V e V e j j 5//08 33

34 Διάγραμμα ακτινοβολίας στοιχειοκεραιών ως συνάρτηση της ιδίας και αμοιβαίας αντιστάσης V e V e j j R jx R jx tan s X R 5//08 34 R R cs s R R cs s W R R cs( s ) W R R cs( s ) W W W R cs( s ) cs( s ) W W W R cs( s)cs( ) R R cs( )

35 Διάγραμμα ακτινοβολίας στοιχειοκεραιών ως συνάρτηση της ιδίας και αμοιβαίας αντιστάσης δίπολο λ/με ρεύμα Ιο, με την ίδια συνολική ισχύ με την στοιχειοκεραία W=W U, W R, ( ), U U S A cs cs sin R R cs kd cs sin cs R cs cs U ( ) A sin U cs cs / ( ) A sin Dg, / (, ) R cs kd cs sin 5//08 35 R R cs

36 Στοιχειοκεραία με παρασιτικά στοιχεία. λ/ d V 0 e js γ R jx R jx s s s s actan s actan R jx R 5//08 36 X R X

37 Στοιχειοκεραία με παρασιτικά στοιχεία. js e R R js e cs( s s ) W R R W cs( s s ) S e jkd cs( ) jkd cs( ) s e S( ) cskd cs( ) s s 5//08 37

38 Στοιχειοκεραία με παρασιτικά στοιχεία. 90 ο s=.05π 90 ο s=π 80 ο γ 80 ο γ 90 ο s=0.95π 80 ο γ 5//08 38

39 Στοιχειοκεραία Υagi - Uda l d 5 l8 y x in V 3 3 n n n3 3 5//08 39

40 Τροφοδότηση στοιχειοκεραιών V V cs( k ) j sin( k ) V V j V sin( k ) cs( k ) Ι Ι Ι 3 Ι 4 λ/4 V j V V V V λ/ λ/ λ/ j V 5//08 40

41 Κεραίες & Ασύρματες Ζεύξεις Χ. Νικολόπουλος