8 Μαρτίου 1 Συστήματα Κεραιών & Ασύρματη Διάδοση Κεραίες Βρόχου Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα
Εισαγωγή Οικεραίεςβρόχουείναιαπλές, φθηνέςκαιεύκολεςστηνκατασκευήτουςκεραίες. Εξαιτίας της απλότητας του είναι εξαιρετικά δημοφιλείς και διαδεδομένες. Διακρίνονται στις ηλεκτρικά μικρές(c=πα<λ/1) και τις ηλεκτρικά μεγάλες κεραίες(c λ). Οι περισσότερες εφαρμογές τους βρίσκονται στις ζώνες HF (3-3MHz), VHF (3-3MHz) και UHF (3-3MHz). Σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται και στη μικροκυματική περιοχή συχνοτήτων. Οι ηλεκτρικά μικροί βρόχοι έχουν μικρή αντίσταση ακτινοβολίας, μικρότερη από την αντίστασηαπωλειών, οπότεείναικακοίακτινοβολητές. Σε λίγες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται ως δέκτες στις ραδιοεπικοινωνίες. Το διάγραμμα ακτινοβολίας ενός ηλεκτρικά μικρού βρόχου είναι παρόμοιο με αυτό ενός απειροστού διπόλου, με το μηδενισμό να εμφανίζεται κατά μήκος του άξονα του βρόχου και το μέγιστο παράλληλα προς το επίπεδο του βρόχου. Καθώςτοσυνολικόμήκοςτουβρόχουαυξάνεικαιηπερίμετροςπλησιάζειτομήκοςκύματος, το μέγιστο του διαγράμματος πλησιάζει προς τον άξονα του βρόχου. Η αποδοτικότητα των βρόχων αυξάνει με την αύξηση της περιμέτρου τους και του αριθμού των περιελίξεων. Επίσης με την εισαγωγή στην περίμετρο ενός πυρήνα Φερρίτη, πολύ υψηλής μαγνητικής διαπερατότητας που αυξάνει τη μαγνητική πεδιακή ένταση και συνεπώς την αντίσταση ακτινοβολίας. Οι ηλεκτρικά μεγάλοι βρόχοι χρησιμοποιούνται σε κατευθυντικές στοιχειοκεραίες όπως είναι οιελικοειδήςκεραίες, οικεραίεςyagi-uda κ.α. Η μέγιστη ακτινοβολία παρατηρείται κατά μήκος του άξονα του βρόχου, πρόκειται δηλαδή για ακροπυροδοτική κεραία. Αγγελική Μονέδα 3 Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα 4
Μικρός κυκλικός βρόχος Γεωμετρικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά Πολύλεπτόςαγωγός: a λ Πολύ μικρή περίμετρος. Σταθερήκατανομήρεύματος: Ι φ =Ι Γεωμετρία μικρού κυκλικού βρόχου Γεωμετρία μακρινού πεδίου Αγγελική Μονέδα 5 Μικρός κυκλικός βρόχος (παντού εκτός από την αρχή r=) Μαγνητική πεδιακή ένταση: ka Icosθ 1 jkr ( ka) Isinθ 1 1 jkr H( r) = j 1 e ˆr 1 e θˆ + 4 r jkr + r jkr ( kr) Ηλεκτρική πεδιακή ένταση: ( ka) Isinθ 1 jkr E( r) = η 1+ e φˆ 4r jkr Ακτινοβολούμενα πεδία απειροστού μαγνητικού διπόλου μήκους l και σταθερής «μαγνητικής»ρευματικήςκατανομήςi m. kimlsinθ 1 jkr E( r) = j 1 e φˆ 4πr + jkr Imlcosθ 1 jkr kimlsinθ 1 1 jkr H( r) = 1 1 ˆ + e ˆr j e θ 4 jkr + + πηr πηr jkr ( kr) ΈναμαγνητικόδίπολομεμαγνητικήροπήΙ m lείναιισοδύναμομεέναμικρό ηλεκτρικόβρόχοακτίναςaκαισταθερούηλεκτρικούρεύματοςι εφόσονισχύει Ι m l=jsωμι, όπουs=πa, είναιηεπιφάνειατουβρόχου. Αγγελική Μονέδα 6
Μικρός κυκλικός βρόχος ( ) 4 3 4 1 Πυκνότηταισχύος: * ( ) ( ) ka I sin θ 1 1 1 k a I sinθcosθ W r = E H = η + j rˆ jη 1+ θ ˆ 3 3 3r ( kr) 16r ( kr) Μιγαδική ακτινοβολούμενη ισχύς: π 4 1 Pr = W( r) ds= η ( ka) Ι 1+ j 3 1 ( ) S kr Γιαμικρέςτιμέςτουkr(kr 1) οδεύτεροςόροςστηναγκύληείναικυρίαρχοςκαιηισχύςείναικυρίως αντιδραστική. Στομακρινόπεδίο(kr 1) οδεύτεροςόροςστηναγκύληεξαφανίζεταικαιηισχύςείναιπραγματική. Η κοντινό πεδίο η ακτινική πυκνότητα ισχύος είναι επαγωγική σε αντίθεση με το απειροστό δίπολο που είναι χωρητική Πραγματική ακτινοβολούμενη ισχύς: π 4 Prad = Re{ Pr} = η ( ka) Ι 1 4 P Αντίσταση ακτινοβολίας: rad π 4 π ks C S Rr = = η ( ka) = η = π 31. 171 4 I 6 3 λ λ λ Η τελευταία έκφραση ισχύει και για βρόχους άλλων γεωμετριών όπως ελλειπτικούς, ορθογωνικούς κ.α. 4 π Αντίσταση ακτινοβολίας για Ν περιελίξεις: ks C S Rr = η N = π N 31. 171N 3 4 λ λ λ Η αντίσταση ακτινοβολίας αυξάνει σημαντικά με τη χρήση πολλών περιελίξεων. Αυτό είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα των μικρών βρόχων έναντι του απειροστού διπόλου. Η αντίσταση απωλειών σε βρόχο μιας περιέλιξης είναι γενικά πολύ μικρότερη από την αντίσταση ακτινοβολίας, οπότε αντίστοιχα χαμηλή είναι και η αποδοτικότητα της κεραίας. Αγγελική Μονέδα 7 Μικρός κυκλικός βρόχος Αντίσταση απωλειών για Ν περιελίξεις: Για μικρό βρόχο μιας περιέλιξης η αντίσταση απωλειών είναι ίση με αυτή ενός ευθύγραμμου αγωγού μήκους όσο και η περιφέρεια του βρόχου. Σεβρόχομεπολλέςπεριελίξειςτορεύμαδενείναιομοιόμορφακατανεμημένοστοναγωγό, αλλά εξαρτάται από το επιδερμικό φαινόμενο και την απόσταση των περιελίξεων. Na Rp RL= R s 1 + b R R s : Επιφανειακήαντίστασηαγωγού R p : Ωμικήαντίστασηανάμονάδαμήκους, λόγωεγγύτητας Rs = R : Ωμικήαντίστασηανάμονάδαμήκους, λόγωεπιδερμικούφαινομένου R = NR πb ωμ σ s Αγγελική Μονέδα 8
Άσκηση Να υπολογισθεί η αποδοτικότητα ακτινοβολίας μικρού κυκλικού βρόχου μίας και οκτώ περιελίξεωνγιαf=1mhz. Ηακτίνατουβρόχουείναιλ/5, ηακτίνατουαγωγούείναι 1-4 λκαιοιπεριελίξειςαπέχουνμεταξύτους4 1-4 λ. Οαγωγόςείναιχάλκινοςμε αγωγιμότητα5.7 1 7 S/m.Οβρόχοςακτινοβολείστονελεύθεροχώρο. Αγγελική Μονέδα 9 Μικρός κυκλικός βρόχος Κοντινό πεδίο(kr 1): Μερικώς στάσιμο πεδίο a Μαγνητική πεδιακή ένταση: ( ) I [ ] 3 ˆ jkr H r = cosθr ˆ+ sinθθ e 4r ka I Ηλεκτρική πεδιακή ένταση: ( ) sinθ jkr E r = jη e φˆ 4r Ημέσηπραγματικήισχύςείναιμηδέν, όπωςκαιγιατοαπειροστόδίπολο. Μακρινό πεδίο(kr 1) k a I Μαγνητική πεδιακή ένταση: ( ) sinθ jkr H r = e θˆ 4r k a I Ηλεκτρική πεδιακή ένταση: ( ) sinθ jkr E r = η e φˆ 4r 4 η Ένταση ακτινοβολίας: ka U= r Wr = I sin θ Ίδια με την ένταση ακτινοβολίας του ηλεκτρικού διπόλου 4 η ka Μέγιστη τιμή(θ=π/): Umax = I Κατευθυντικότητα: D = 3 Μέγιστηενεργόςεπιφάνεια: = 3λ 8π Aem Αγγελική Μονέδα 1
Άσκηση Να σχεδιαστεί μια συντονισμένη κεραία μικρού κυκλικού βρόχου χωρίς απώλειες που λειτουργεί στα 1ΜΗz, έτσι ώστε η αντίσταση ακτινοβολίας για μία περιέλιξη να είναι.73ω. Ο συντονισμένος βρόχος πρόκειται να συνδεθεί σε ένα προσαρμοσμένο φορτίο μέσω μιας ισορροπημένης γραμμής μεταφοράς 3Ω. (α) Νακαθοριστείηακτίνατουβρόχου(σεmκαιμήκηκύματος). (β) Προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι ανακλάσεις λόγω κακής προσαρμογής μεταξύ του βρόχου και της γραμμής μεταφοράς, να καθοριστεί ο απαραίτητος πλησιέστερος ακέραιος αριθμός περιελίξεων. (γ) Γιατοβρόχοτουερωτήματος(β), νακαθοριστείημέγιστηισχύςπουαναμένεταινααποδοθείσεένα προσαρμοσμένο φορτίο ένα το προσπίπτον κύμα έχει προσαρμοσμένη πόλωση με την κεραία. Η πυκνότηταισχύοςτουπροσπίπτοντοςκύματοςείναι1-6 W/m. Αγγελική Μονέδα 11 Άσκηση Μια συντονισμένη κεραία κυκλικού βρόχου 6 κοντινών περιελίξεων λειτουργεί στα 5ΜΗz. Η ακτίνα του βρόχουείναιλ/3, καιοβρόχοςσυνδέεταισεμιαγραμμήμεταφοράς5ω. Ηακτίνατουαγωγούείναι λ/3, ηαγωγιμότητατουείναισ=5.7 1 7 S/mκαιηαπόστασημεταξύτωνπεριελίξεωνείναιλ/1. Να καθοριστούν: (α) η κατευθυντικότητα της κεραίας(σε db). (β) η αποδοτικότητα ακτινοβολίας λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση της εγγύτητας των περιελίξεων. (γ) η αποδοτικότητα ανακλάσεων. (δ) τοκέρδοςτηςκεραίας(σεdb). Αγγελική Μονέδα 1
Μικρός κυκλικός βρόχος 1 1 Λειτουργία εκπομπής: Zin= Rin+ jxin= Rr + RL+ j( XA+ Xi) = = Y G + jb Εξωτερικήεπαγωγικήαντίδρασηβρόχου: Χ Α =ωl A Κυκλικόςβρόχοςακτίναςaκαιακτίναςαγωγούb: 8a LA= μa ln b Τετράγωνοςβρόχοςπλευράςaκαιακτίναςαγωγούb: a LA= μa ln 774. b Εσωτερικήυψίσυχνηαντίδρασηβρόχου: Χ i =ωl i Βρόχος μιας περιέλιξης ακτίνας a και ακτίνας αγωγού b a ωμ Li = ωb σ Br Bin 1 Xin Πυκνωτήςπροσαρμογής(Χ in =): Cr = = = X πf πf πf R Z in in+ Xin in = Rin = Rin+ R in in in in Αγγελική Μονέδα 13 Μικρός κυκλικός βρόχος Λειτουργίαλήψης: Ότανέναεπίπεδοκύμαπροσπίπτειστηνκεραία, αναπτύσσεταιμιατάσησταάκρατης. Η τάση σχετίζεται με το ενεργό μήκος της κεραίας και το προσπίπτον ηλεκτρικό πεδίο. Η τάση ανοιχτού κυκλώματος είναι ανάλογη με την προσπίπτουσα πυκνότητα μαγνητικής ροής, που είναι κάθετη στο επίπεδο του βρόχου. oc = i,z = i i i = i i i V jωπa B jωπa μ Η cosψ sinθ jk πa E cosψ sinθ Ενεργό μήκος βρόχου μίας περιέλιξης: le = leφˆ = jkπa cosψi sinθi ZL Τάση φορτίου: VL = Voc Z in + Z L Αγγελική Μονέδα 14
Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα 15 Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Η ακτίνα του διπόλου δεν είναι απαραίτητα μικρή. Η κατανομή του ρεύματος θεωρείται σταθερή για όλες τις ακτίνες. Αυτό είναι έγκυρογιαc<.1λ(a<.16λ). Γιαa.16ληκατανομήτουρεύματοςκατάμήκοςτηςπεριφέρειας προσεγγίζεται καλύτερα με σειρά Fourier. Ησυνήθωςχρησιμοποιούμενηημιτονοειδήςκατανομήδενείναιικανοποιητική, ιδιαίτερα στο σημείο τροφοδοσίας της κεραίας. (μακρινό πεδίο kr ) Μαγνητική πεδιακή ένταση: H r kai e r jkr ( ) = ( ) J kasinθ θˆ Ηλεκτρική πεδιακή ένταση: kai e E r η r jkr ( ) = ( ) ΣυναρτήσειςBessel 1 ου είδουςτάξηςn: ( ) J z n = m= 1 J kasinθ φˆ 1 m ( 1) ( z ) m ( m+ n)!! n+ m Αγγελική Μονέδα 16
Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Πυκνότητα ισχύος: Ένταση ακτινοβολίας: U= r W = { } ( ) 1 * aωμ Ι Wav = Re E H = J 1 ( kasinθ) 8ηr ( aωμ) Ι av J 1 ( kasinθ) 8η Τοδιάγραμμαακτινοβολίαςγιαa<.5λείναιόμοιο μεγραμμικούδιπόλουμεl λ. Καθώςa.5ληακτινοβολίαπαράλληλαπροςτο επίπεδο του βρόχου(θ = 9 ) περιορίζεται και τελικά μηδενίζεται όταν a.61λ. Γιαa>.61ληακτινοβολίαςκατάμήκοςτου επιπέδου του βρόχου ενισχύεται και στο διάγραμμα εμφανίζονται πολλοί λοβοί. ΓιαC λημέγιστηακτινοβολία, γιαμηομοιόμορφη κατανομή ρεύματος, εμφανίζεται κατά μήκος του άξονα του βρόχου. Αγγελική Μονέδα 17 Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Ακτινοβολούμενη ισχύς: ( ) π ( ) ( ) ( ) π aωμ Ι π aωμ Ι 1 Prad = Wav ds= J1( ka sinθ) sinθdθ= Q11 ka 4η η S ( ) 1 1 Q11 ( ka) = Jm 3( ka) ka + m= Η σειρά υπολογίζεται αριθμητικά ή προσεγγιστικά ανάλογα με την ακτίνα ka. Προσέγγιση μεγάλου βρόχου(a λ/): ( 1 Q ) 11 ( ka) 1 ka π( aωμ) Ι Ακτινοβολούμενη ισχύς: Prad 4η( ka) ( aωμ) Ι Μέγιστη ένταση ακτινοβολίας(kasinθ = 1.84): U max 33874. 8η Prad π Αντίσταση ακτινοβολίας: Rr = η ka= 6π ( ka) I Umax Κατευθυντικότητα: D ( ) = 4π ka 58. Prad λ Μέγιστηενεργόςεπιφάνεια: Aem = D 178. πλa 4π Αγγελική Μονέδα 18
Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος 1 1 Προσέγγισημέσουβρόχου(λ/6π a<λ/): Q11 ka = Jm 3 ka ka + P Αντίσταση ακτινοβολίας: rad ( 1 R ( ) ) m= r = = ηπ ka Q11 ( ka) I 399. ( 1 ), ka > 184. U Q11 ( ka) Κατευθυντικότητα: D 4π max = = P rad J1 ( ka ) ( 1, ka ) < 184. Q11 ( ka) Προσέγγιση μικρού βρόχου(a < λ/6π): J kasinθ kasinθ π 4 Ακτινοβολούμενη ισχύς: Prad = η ( ka) Ι 1 Μέγιστη ένταση ακτινοβολίας(θ = π/): U ( ) ( ) ( ) ( ) P Αντίσταση ακτινοβολίας: rad π 4 π ks C S Rr = = η ( ka) = η = π 31. 171 I 6 3 λ λ λ Κατευθυντικότητα: D = 3 Μέγιστη ενεργός επιφάνεια: = 3λ 8π Aem 1 max η ka = 4 I 4 4 Αγγελική Μονέδα 19 Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Αγγελική Μονέδα
Άσκηση Να σχεδιαστεί κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος έτσι ώστε η ένταση ακτινοβολίας του να μηδενίζεται μόνο κατά θ= (θ=18 ) και 9. Να προσδιοριστούν: (α) η ακτίνα του βρόχου (β) η αντίσταση ακτινοβολίας και (γ) η κατευθυντικότητα. Αγγελική Μονέδα 1 Άσκηση Ένας κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος τοποθετείται στο επίπεδο xy. Να βρεθεί η θέση στο μακρινό πεδίο, σε σχέση με το βρόχο, όπου πρέπει να τοποθετηθεί μια γραμμικά πολωμένη κεραία έτσι ώστε ο συντελεστή απωλειών πόλωσης(plf) να μεγιστοποιείται. Αγγελική Μονέδα
Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα 3 Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα M Κατανομή ρεύματος: I( φ ) = Ι+ Incos( nφ ) n= 1 Το φ μετράει από το σημείο τροφοδοσίας επάνω στην περιφέρεια του βρόχου. Καθώς οι διαστάσεις του βρόχου μεγαλώνουν(a >.16λ) οι μεταβολές του ρεύματος πρέπει να ληφθεί υπόψη. Τομέγιστοτουδιαγράμματοςακτινοβολίαςμετατοπίζεταιαπότοεπίπεδοτουβρόχου(θ=9 ) στον άξονα(θ=, 18 ) καθώς η περιφέρεια πλησιάζει το ένα μήκος κύματος και θεωρώντας ανομοιόμορφη κατανομή ρεύματος. Η μέγιστη κατευθυντικότητα στον άξονα(θ= ) είναι περίπου 4.5dB όταν η περιφέρεια είναι 1.4λ. Για περιφέρεια ενός μήκους κύματος η κατευθυντικότητα είναι περίπου 3.4dB. Αγγελική Μονέδα 4
Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Η σύνθετη αντίσταση εισόδου για περιφέρεια λ/ απέχει πολύ από το συντονισμό καιαυτότοσημείοείναιπολύοξύ. Καθώςαυξάνειτοπάχοςτουαγωγούπεριορίζονταιτασημείασυντονισμού. Ηαντίστασηεισόδουείναιπαρόμοιασετιμήκαισυμπεριφοράμεαυτήτου γραμμικού διπόλου. Η βασική διαφορά είναι ότι ο βρόχος είναι πιο χωρητικός (κατά περίπου 13Ω). Επίσης οι μικροί βρόχοι είναι κυρίως επαγωγικοί ενώ τα μικρά δίπολα είναι κυρίως χωρητικά. Αγγελική Μονέδα 5 Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Αντίσταση ακτινοβολίας και μέγιστη κατευθυντικότητα για ημιτονοειδή κατανομή ρεύματος συναρτήσει της περιφέρειας του βρόχου. Αγγελική Μονέδα 6
Άσκηση Να σχεδιαστεί μια συντονισμένη κεραία βρόχου που λειτουργεί στα 1MHz έτσι ώστε το μέγιστο του διαγράμματος ακτινοβολίας να εμφανίζεται στον άξονα του βρόχου. Νακαθοριστείηακτίνατουβρόχουκαιτουαγωγού(σεm), ηαξονική κατευθυντικότητα(σε db), και το παράλληλο στοιχείο(πυκνωτής σε παράλληλη σύνδεση ή πηνίο σε σειρά) που πρέπει να χρησιμοποιηθεί ώστε να προσαρμοσθεί η κεραία. Αγγελική Μονέδα 7 Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα 8
Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Η παρουσία ενός μέσου με απώλειες μπορεί να αλλάξει δραματικά τον τρόπο λειτουργίας μιας κεραίας βρόχου. Οι παράμετροι που επηρεάζονται κυρίως είναι το διάγραμμα ακτινοβολίας, η κατευθυντικότητα, η σύνθετη αντίσταση εισόδου και η αποδοτικότητα της κεραίας. Αγγελική Μονέδα 9 Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα 3
Τετράγωνοι βρόχοι: Πολυγωνικοί βρόχοι Η απλούστερη κατασκευή μαζί με τους κυκλικούς βρόχους. Ακτινοβολούμενα πεδία: (μακρινό πεδίο kr 1, μικρός βρόχος a < λ/5) ( ) jkr ka Ie E( r) = η sinθφˆ 4πr ( ) jkr ka Ie H( r) = sinθθˆ 4πr Τα ακτινοβολούμενα πεδία στο μακρινό πεδίο ενός μικρού τετράγωνου βρόχου είναι ίδια με αυτά ενός μικρού κυκλικού βρόχου. Τριγωνικοί, ορθογωνικοί και ρομβικοί βρόχοι Αγγελική Μονέδα 31 Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα 3
Αντίστασηακτινοβολίας: Βρόχοι Φερρίτη Οι κεραίες βρόχου έχουν αντίσταση απωλειών συγκρίσιμη με την αντίσταση ακτινοβολίας, δηλαδή έχουν μικρή αποδοτικότητα. Η αντίσταση ακτινοβολίας και συνεπώς η αποδοτικότητα της κεραίας, μπορούν να αυξηθούν αυξάνοντας την περίμετρο του βρόχου. Άλλος τρόπος, χωρίς να αυξηθεί το ηλεκτρικό μήκος του διπόλου, είναι να τοποθετηθεί μέσα στην περιφέρεια του βρόχου ένα πυρήνας Φερρίτη. Μεαυτότοντρόπο αυξάνειημαγνητικήροή, τομαγνητικόπεδίο, ητάσηανοιχτού κυκλώματος και τελικά η αντίσταση ακτινοβολίας του βρόχου Rf μ Αντίσταση ακτινοβολίας βρόχου Φερρίτη: ce = Rr μ R f /R r :Αντίστασηακτινοβολίαςβρόχουμε/χωρίςΦερρίτη μ ce : ενεργόςεπιδεκτικότηταπυρήναφερρίτη 4 Αντίσταση ακτινοβολίας βρόχου Φερρίτη μιας περιέλιξης: C μce Rf = π λ μ 4 Αντίσταση ακτινοβολίας βρόχου Φερρίτη Ν περιελίξεων: C μce Rf = π N λ μ Αγγελική Μονέδα 33 Περιεχόμενα Εισαγωγή Μικρός κυκλικός βρόχος Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Κοντινό πεδίο Μακρινό πεδίο Κυκλικός βρόχος σταθερού ρεύματος Κυκλικός βρόχος με ανομοιόμορφο ρεύμα Επίδραση του εδάφους και της καμπυλότητας της γης Πολυγωνικοί βρόχοι Τετράγωνος βρόχος Τριγωνικός, ορθογωνικός και ρομβικός βρόχος Βρόχοι Φερρίτη Αντίσταση ακτινοβολίας Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Αγγελική Μονέδα 34
Εφαρμογές σε συστήματα κινητών επικοινωνιών Οι κεραίες βρόχου χρησιμοποιούνται εναλλακτικά αντί των μονόπολων. Η σύνθετη αντίσταση των βρόχων είναι πιο δύσκολο να προσαρμοσθεί στις συνήθεις γραμμές μεταφοράς. Οι βρόχοι είναι πιο θωρακισμένοι στο θόρυβο οπότε η χρήση τους είναι ελκυστική σε περιβάλλοντα με παρεμβολές και εξασθενήσεις, όπως είναι το περιβάλλον των κινητών επικοινωνιών. Ο πρώτος συντονισμός συμβαίνει στα 9ΜΗz και είναι πολύ οξύς. Ο δεύτερος συντονισμός συμβαίνει στα 1ΜHz και είναι πολύ πιο ομαλός. Αγγελική Μονέδα 35