1 Μαρτίου 010 Συστήματα Κεραιών & Ασύρματη Διάδοση Γραμμικές κεραίες σύρματος Περιεχόμενα Δίπολο απειροστού μήκους Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Απόσταση ακτίνιου και Σφαίρα ακτίνιου Διαχωρισμός περιοχών πεδίου Μικρό δίπολο Δίπολο πεπερασμένου μήκους Κατανομή ρεύματος Δίπολο μισού μήκους κύματος Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Θεωρία ειδώλων Προσεγγιστικές εκφράσεις Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Επίδραση του εδάφους Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα
Δίπολο απειροστού μήκους(infinitsimal dipol Γεωμετρικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά Απειροστόμήκος: l λ(l λ/50 Πολύλεπτόςαγωγός: a λ Σταθερήκατανομήρεύματος: I ( z = I0ˆz Χρησιμοποιούνται ως δομικά στοιχεία πιο πολύπλοκων γεωμετριών Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 3 Δίπολο απειροστού μήκους(infinitsimal dipol Ακτινοβολούμενα πεδία: Μαγνητικήπεδιακήένταση: ( k( I 0l sinθ 1 H r = j 1+ φˆ Ηλεκτρική πεδιακή ένταση: 4πr jkr ( ( k I 0l 1 1 1 1 1 Ε r jη cosθ ˆr sinθ θˆ = 4πr + + jkr ( kr jkr ( kr Οι εκφράσεις ισχύουν παντού εκτός της πηγής. Πυκνότητα ισχύος: 1 ( η I0l sin θ 1 k I0l cosθsinθ 1 W= E H* = 1 j ˆr jη 1 θˆ 8 λ 3 3 r ( kr + + 16π r ( kr Μιγαδική ισχύς: π π π I0l 1 P= W ds= W ˆrr sinθdθdφ= η 1 j = P ( 3 rad + jω W m W 3 λ ( kr S 0 0 ΗεγκάρσιασυνιστώσαW θ δενσυνεισφέρειστηνπραγματικήακτινοβολούμενηισχύ. Συνεισφέρει στη φανταστική πυκνότητα ισχύος αντίδρασης, που κυριαρχεί για μικρά kr, έχει εγκάρσια διεύθυνση και αλλάζει φορά με συχνότητα διπλάσια του κύματος σχηματίζοντας έναστάσιμοκύμα. P Αντίστασηακτινοβολίας: rad π R = = l η = l 80π r Ι 3 λ 0 Η αντίδραση του απειροστού διπόλου είναι χωρητική. λ Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 4
Δίπολο απειροστού μήκους(infinitsimal dipol Απόσταση Ακτίνιου(Radian distanc: kr = 1 kr < 1: Περιοχή κοντινού πεδίου. Η ενέργεια είναι κυρίως φανταστική(αποθηκευμένη. kr>1: Περιοχήενδιάμεσουπεδίου. kr 1: Περιοχή μακρινού πεδίου. Η ενέργεια είναι κυρίως πραγματική (ακτινοβολούμενη. Σφαίρα Ακτίνιου(Radian sphr: r = λ/π Ορίζειτονόγκογύρωαπότηνκεραίαμέσαστονοποίαηισχύςαντίδρασηςείναι μεγαλύτερη από την ακτινοβολούμενη ισχύ. Χρησιμοποιείται σαν αναφορά, και ορίζει τη μετάβαση μεταξύ της αποθηκευμένης ενέργειας που πάλλεται στη δ/νση ±θ και της ενέργειας που ακτινοβολείται κατά την ακτινική δ/νση r. ΟδεύτεροςόροςστηναγκύλητουW r εκφράζειαποθηκευμένηενέργειαπουπάλλεταιπροςτα μέσακαιπροςταέξωκατάτηνακτινικήδ/νση. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 5 Δίπολο απειροστού μήκους(infinitsimal dipol Περιοχή κοντινού πεδίου(kr 1, r π/λ: Μερικώς στάσιμα πεδία(quasistasionary filds ( ( I 0l H r sinθφˆ Στάσιμο ρευματικό στοιχείο 4πr ( ( I 0l Ε r jη ( cosθr ˆ+ sinθθˆ Στάσιμο ηλεκτρικό δίπολο 3 4πkr ΟισυνιστώσεςE r, E θ είναισεχρονικήφάσημεταξύτουςαλλάέχουνδιαφοράφάσηςπ/ μετηνη φ. Επομένως δεν υπάρχει μέση χρονική ροή ισχύος. 1 Wav = R{ E H* } = 0 Περιοχή ενδιάμεσου πεδίου(kr > 1: ( k( I 0l H r j sinθφˆ 4πr ( k( I 0l cosθ ˆ Ε r jη ˆr sinθθ 4πr + jkr ΚαθώςτοkrαυξάνειοιE r, E θ τείνουννααποκτήσουνδιαφοράφάσηςπ/, καιοισυνιστώσεςe θ, Η φ να γίνουν συμφασικές. Αυτό είναι ένδειξη εμφάνισης μέσης χρονική ροής ισχύος κατά την ακτινική διεύθυνση(φαινόμενο ακτινοβολίας. Περιοχήμακρινούπεδίου(kr 1, r π/λ: k( I ( 0l H r j sinθφˆ 4πr k( I ( 0l Ε r jη sinθθˆ Συστήματα κεραιών 4πr 009-10 ΟισυνιστώσεςΕ, Ηείναικάθετεςμεταξύτουςκαιπροςτηδ/νσηδιάδοσης(κύμαΤΕΜ: Αγγελική Μονέδα Z = Ε Η 6= η w θ φ
Δίπολο απειροστού μήκους(infinitsimal dipol Παράμετροι μακρινού πεδίου: ( Πυκνότητα ισχύος: { } 1 η k I0l sin W av = R E H * = θˆ 4 r π r Ακτινοβολούμενηισχύς: P rad η k I0 = Wav ds= 3π 4 S ( ( l η k I0l Ένταση ακτινοβολίας: U= r Wav = sin θ 4π η k( I 0l Μέγιστητιμήγιαθ=π/: Umax = 4π U Κατευθυντικότητα: max D0 = 4π = 3 P rad Prad π Αντίσταση ακτινοβολίας: Rr = = l η 80π 3 λ = l Ι λ 0 λ 3λ Μέγιστη ενεργός επιφάνεια: Am = D0 = 4π 8π k( Ι0l kι0 kι0 Ενεργό μήκος: Eθ = jη sinθ= θjη ˆ ( θˆ lsinθ = θjη ˆ l 4πr 4πr 4πr l = ˆθ l sinθ Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 7 Περιεχόμενα Δίπολο απειροστού μήκους Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Απόσταση ακτίνιου και Σφαίρα ακτίνιου Διαχωρισμός περιοχών πεδίου Μικρό δίπολο Δίπολο πεπερασμένου μήκους Κατανομή ρεύματος Δίπολο μισού μήκους κύματος Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Θεωρία ειδώλων Προσεγγιστικές εκφράσεις Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Επίδραση του εδάφους Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 8
Μικρό δίπολο Γεωμετρικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά Μικρόμήκος: λ/50<l λ/10 l I0 1 z ˆz, 0 z Τριγωνική κατανομή ρεύματος: I ( l r = l I0 1+ z ˆz, z 0 l Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 9 Μικρό δίπολο Ακτινοβολούμενα πεδία(μακρινό πεδίο, kr 1 Μαγνητικήπεδιακήένταση: ( k( I 0l H r j sinθφˆ 8πr Ηλεκτρική πεδιακή ένταση: ( k( I 0l Ε r jη sinθθˆ Παράμετροι μακρινού πεδίου: 8πr ( η k I0l sin Πυκνότητα ισχύος: W = θˆ 8 r π r η k( I Ακτινοβολούμενη ισχύς: 0l Prad = 3π 8 η k( I 0l Έντασηακτινοβολίας: U= sin θ 8π Κατευθυντικότητα: D 0= 3 Αντίστασηακτινοβολίας: Μέγιστηενεργόςεπιφάνεια: R = 0π l λ r Am = 3λ 8π Ηκατευθυντικότηταεξαρτάταιαπότοσχετικόσχήματουδιαγράμματοςακτινοβολίας, επομένως κατευθυντικότητα και η μέγιστη ενεργός περιοχή είναι ίδια με το στοιχειώδες δίπολο. Ηαντίστασηακτινοβολίαςεξαρτάταισημαντικάαπότηρευματικήκατανομή, συνεπώς είναι διαφορετική. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 10
Περιεχόμενα Δίπολο απειροστού μήκους Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Απόσταση ακτίνιου και Σφαίρα ακτίνιου Διαχωρισμός περιοχών πεδίου Μικρό δίπολο Δίπολο πεπερασμένου μήκους Κατανομή ρεύματος Δίπολο μισού μήκους κύματος Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Θεωρία ειδώλων Προσεγγιστικές εκφράσεις Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Επίδραση του εδάφους Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 11 Δίπολο πεπερασμένου μήκους Γεωμετρικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά Πολύ μικρή διάμετρος σύρματος: a λ Κατανομήρεύματος: l l I0sin k z ˆz, 0 z I ( r = l l I0sin k + z ˆz, z 0 Ηκεραίατροφοδοτείταιστοκέντροκαιτο Συστήματα κεραιών 009-10 ρεύμα μηδενίζεται στααγγελική άκρα. Μονέδα 1
Δίπολο πεπερασμένου μήκους Ακτινοβολούμενα πεδία(μακρινό πεδίο, kr 1 + l k jkz cosθ Eθ = jη sinθ I( r dz 4π παράγοντας στοιχείου l lmnt factor παράγοντας χώρου spac factor Για το δίπολο πεπερασμένου μήκους ο παράγοντας στοιχείου είναι ίσος με το πεδίο ενός στοιχειώδους διπόλου μοναδιαίου μήκους τοποθετημένο στην αρχή του συστήματος συντεταγμένων. Οπαράγονταςστοιχείουεξαρτάταιαπότοείδοςτουρεύματοςκαιτηφοράροής, ενώο παράγοντας χώρου εξαρτάται από την κατανομή του ρεύματος στην πηγή. Συνολικό πεδίο= παράγοντας στοιχείου παράγοντας χώρου H φ E θ kl kl cos cosθ cos Ι0 jη πr sinθ kl kl cos cosθ cos Εθ Ι0 j η πr sinθ Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 13 Δίπολο πεπερασμένου μήκους Παράμετροι μακρινού πεδίου: Πυκνότητα ισχύος: kl kl cos cosθ cos I 0 Wav = η ˆr 8π r sinθ Έντασηακτινοβολίας: 0 I U= r Wav = η 8π kl kl cos cosθ cos sinθ l λ: HPBW=90 l=λ/4: HPBW=87 l=λ/: HPBW=78 l=3λ/4: HPBW=64 l=λ: HPBW=47.8 Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 14
Δίπολο πεπερασμένου μήκους Παράμετροι μακρινού πεδίου: I0 Ακτινοβολούμενη ισχύς: Prad = Wav ds= η Q 4π S 1 Q = 0577. + ln( kl Ci( kl + sin( kl ( ( Si kl Si kl 1 + cos( k l 0577. ln( k Ci( k Ci( k + l + l l Prad η Αντίσταση ακτινοβολίας: Rr = = Q I π 0 Συστήματα κεραιών 009-10 C i (x, S i (x είναιολοκληρώματαcosx, Αγγελική Μονέδα sinx.υπολογίζονταιαριθμητικάαπόπίνακες. 15 Δίπολο πεπερασμένου μήκους Παράμετροι μακρινού πεδίου: kl kl F( θ cos cosθ cos Κατευθυντικότητα: D max 0=, F( θ = Q sinθ ΗμέγιστητιμήτουF(θμεταβάλλεταικαιεξαρτάταιαπότομήκοςτουδιπόλου. Μέγιστη ενεργός επιφάνεια: λ Am = D0 4π Ωμική αντίσταση εισόδου: R in k Rr sin l = Ότανl=nλR in, στηνπράξηπαίρνειπολύμεγάλεςτιμές. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 16
Άσκηση Έναδίπολομήκους3cmδιαρρέεταιαπόρεύμαΙ 0 =10 j60 Α. Εάντομήκοςκύματος είναι λ=5cm να προσδιοριστεί η ηλεκτρική και η μαγνητική πεδιακή ένταση σε απόσταση10cmαπότοδίπολοκαιγιαθ=45. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 17 Περιεχόμενα Δίπολο απειροστού μήκους Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Απόσταση ακτίνιου και Σφαίρα ακτίνιου Διαχωρισμός περιοχών πεδίου Μικρό δίπολο Δίπολο πεπερασμένου μήκους Κατανομή ρεύματος Δίπολο μισού μήκους κύματος Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Θεωρία ειδώλων Προσεγγιστικές εκφράσεις Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Επίδραση του εδάφους Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 18
Δίπολο μισού μήκους κύματος Απότιςπιοσυνηθισμένεςκεραίες, εξαιτίαςτηςαντίστασηςεισόδουτηςπουείναι75ω. (μακρινό πεδίο, kr 1: π π cos cosθ jkr cos cosθ Ι0 Ι0 Eθ jη, Hφ j πr sinθ πr sinθ π cos cosθ I 0 I0 3 Μέση πυκνότητα ισχύος: Wav = η η sin θ 8π r sinθ 8π r I0 3 Ένταση ακτινοβολίας: U= r Wav η sin θ 8π Ακτινοβολούμενη ισχύς: P rad 435. ηi0 8π Q 435. Μέγιστη κατευθυντικότητα: D 0 1643. Μέγιστη ενεργός επιφάνεια: A m 013. λ Αντίσταση ακτινοβολίας/εισόδου: Rr = Rin 73Ω Σύνθετη αντίσταση εισόδου: Zin 73+ j 45. Ω Γιαναεξαλειφθείτοφανταστικόμέρος, χρησιμοποιούνταιτεχνικέςπροσαρμογήςή(συνήθως μειώνεται ελαφρώς το μήκος του διπόλου μέχρι να μηδενιστεί η αντίδραση. Η μείωση εξαρτάται από το πάχος του Συστήματα αγωγού κεραιών και το τελικό 009-10 μήκος είναι μεταξύ l=[0.47λ, 0.48λ]. Αγγελική Μονέδα 19 Άσκηση Για ένα δίπολο λ/ τοποθετημένο συμμετρικά κατά μήκος του άξονα z να προσδιοριστούν: (α Το ενεργό μήκος. (β Η μέγιστη τιμή του πλάτους του ενεργού μήκους. (γ Ο λόγος του μέγιστου ενεργού μήκους προς το πραγματικό μήκος του διπόλου. (δ Η μέγιστη τάση ανοιχτού κυκλώματος όταν στο δίπολο προσπίπτει κάθετα 1 επίπεδο ομοιόμορφο κύμα με ηλεκτρική πεδιακή έντασηe 10 θv ˆ λ i = θ = 90 Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 0
Άσκηση Ένα συντονισμένο δίπολο λ/, χωρίς απώλειες ακτινοβολίας, συνδέεται σε γραμμήμεταφοράς50ωχωρίςαπώλειες. Έναημκύμα, μεπόλωσηίδιαμετης κεραίαςπροσπίπτειστοδίπολομεπυκνότηταισχύος5w/m 3 σεσυχνότητα 10ΜΗz. Να υπολογισθεί η ισχύς που αποδίδεται στο φορτίο. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 1 Περιεχόμενα Δίπολο απειροστού μήκους Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Απόσταση ακτίνιου και Σφαίρα ακτίνιου Διαχωρισμός περιοχών πεδίου Μικρό δίπολο Δίπολο πεπερασμένου μήκους Κατανομή ρεύματος Δίπολο μισού μήκους κύματος Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Θεωρία ειδώλων Προσεγγιστικές εκφράσεις Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Επίδραση του εδάφους Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα
Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Η παρουσία εμποδίων αλλοιώνει τα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας των κεραιών. Το συνηθέστερο εμπόδιο είναι το έδαφος. Η ενέργεια που ακτινοβολείται προς το έδαφος υφίσταται ανάκλαση που εξαρτάται από τη γεωμετρία και τα χαρακτηριστικά του εδάφους(χημική σύσταση, υγρασία. Πάνω από κάποια συχνότητα το έδαφος λειτουργεί ως πολύ καλός αγωγός. Για απλότητα το έδαφος θεωρείται επίπεδος, τέλειος αγωγός, άπειρου μήκους. Θεωρία ειδώλων Εισάγονται εικονικές πηγές για να ληφθούν υπόψη οι ανακλάσεις. Οι εικονικές πηγές μαζί με τις πραγματικές δημιουργούν ένα ισοδύναμο σύστημα. Επάνω από το αγώγιμο επίπεδο, το ισοδύναμο σύστημα δίνει το ίδιο συνολικό πεδίο(ακτινοβολούμενο και ανακλώμενο με την πραγματική κατάσταση. Κάτω από το αγώγιμο επίπεδο, το ισοδύναμο σύστημα δεν υπολογίζει σωστά το πεδίο. Σεαυτότοχώρο, όμως, τοπεδίοείναιμηδένοπότεδενχρειάζεταιο υπολογισμός του. Ηθέσηκαιοπροσανατολισμόςτωνειδώλωνκαθορίζεταιαπότηθέσηκαι τον προσανατολισμό(πόλωση της πηγής και τις οριακές συνθήκες του προβλήματος. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 3 Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 4
Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Κατακόρυφο απειροστό δίπολο(μακρινό πεδίο d θ Απευθείας κύμα: E = jηkil 1sinθ 4πr r θ Ανακλώμενο κύμα: E = jr ηkil sinθ 4πr = jηkil sinθ 4πr Rv= 1 Επάνωαπότοαγώγιμοεπίπεδοτοσυνολικόπεδίοείναιτοάθροισματου απευθείας και του ανακλώμενου κύματος. Κάτω από το αγώγιμο επίπεδο το πεδίο είναι παντού μηδέν. Προσεγγιστικές αποστάσεις για r h: r1 = r + h rhcosθ r hcosθ Για μεταβολές πλάτους: r r r Συνολικόπεδίογιαz 0: E 0 1 1 jkr jkr v 0 0 1 θ ( r = r + h rhcos π θ r+ hcosθ 0l jηki = sinθ cos( khcosθ 4πr Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 5 Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού jηki Συνολικόπεδίογιαz 0: 0l Eθ = sinθ cos( khcosθ 4πr Τοσυνολικόπεδίοείναιτογινόμενοτουπεδίουενόςμεμονωμένουδιπόλου, τοποθετημένοστηναρχήτουσυστήματοςσυντεταγμένων, καιενόςπαράγοντα, πουονομάζεταιπαράγονταςστοιχειοκεραίας, καιείναισυνάρτησητουύψουςh, και της γωνίας παρατήρησης θ. Πλήθος λοβών: ΠΛ h λ + 1 ( Για h > λ/4 εμφανίζονται περισσότεροι πλευρικοί λοβοί. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 6
Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Συνολική ακτινοβολούμενη ισχύς: π π Ι0l 1 cos( kh sin( kh Prad = Wav ds= Εθ r sinθdθ= πη + λ 3 3 ( ( S 0 kh kh Καθώς kh η ακτινοβολούμενη ισχύς γίνεται ίση με του μεμονωμένου διπόλου. Για kh 0 η ακτινοβολούμενη ισχύς είναι διπλάσια από του μεμονωμένου διπόλου. 1 η Ι0l Ένταση ακτινοβολίας: U= r Wav = r Εθ sin θcos ( khcosθ η = λ η Ι Μέγιστητιμήγιαθ=π/: 0l Umax = U = θ= π λ 4 φορές μεγαλύτερη από του μεμονωμένου διπόλου ( ( U max 1 cos kh sin kh Κατευθυντικότητα: D0 = 4π = + = 3 P 3 rad 3 ( kh ( kh kh= 0 ΗμέγιστητιμήείναιD 0,max =6.566, εμφανίζεταιγιαh=0.4585λκαιείναιπερισσότεροαπό4 φορέςμεγαλύτερηαπότουμεμονωμένουδιπόλουπουείναιd 0,max =1.5. Prad l 1 cos( kh sin( kh Αντίσταση ακτινοβολίας: Rr = = πη + 3 = 3 I ( ( 0 0 λ 3 kh kh kh= Καθώςkh ηαντίστασηακτινοβολίαςείναιίση, ενώγιαkh=0 είναιδιπλάσια, του μεμονωμένουδιπόλου, πουγιαl=λ/50 είναιr r =0.316Ω. Γιαkh=0 ηαντίστασηακτινοβολίας είναι μισή της αντίστοιχηςσυστήματα τιμής απομονωμένου κεραιών 009-10 διπόλου μήκους l =l. Αγγελική Μονέδα 7 Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Ευρέως χρησιμοποιούμενο είναι το μονόπολο l = λ/4, τοποθετημένο επάνω από αγώγιμο επίπεδο και τροφοδοτούμενο από ομοαξονικό καλώδιο. Το πεδίο επάνω από τον αγωγό είναιίσομεενόςδιπόλουμήκουςl =λ/. Αντίστασηεισόδου: 1 Zin,monopol = Z in,dipol = 365. + j 15. Ω Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 8
Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Προσεγγιστικές εκφράσεις αντίστασης εισόδου για δίπολα και μονόπολα G=kl/ γιαδίπολα G=kl γιαμονόπολα Όπουlείναιτοσυνολικόμήκοςτουστοιχείου Αντίσταση εισόδου: 0<G<π/4 (R in,max,διπόλου <1.377Ω π/4 G<π/ (R in,max,διπόλου <76.383Ω π/ G< (R in,max,διπόλου <00.53Ω R = 0G 0< l< λ 4 in,dipol R = 10G 0< l< λ 8 in,monopol 5. R = 47. G λ 4 l< λ in,dipol 5. R = 1. 35G λ 8 l< λ 4 in,monopol 417. R = 1114. G λ l< 06366. λ in,dipol 417. R in,monopol = 557. Συστήματα G λ κεραιών 4 l< 03183 009-10. λ Αγγελική Μονέδα 9 Άσκηση Ένα δίπολο που τροφοδοτείται στο κέντρο και λειτουργεί στη συχνότητα συντονισμού, συνδέεται σε γραμμή μεταφοράς 50Ω. Προκειμένου να διατηρηθεί VSWR= στην είσοδο του φορτίου: (α ποια είναι η μέγιστη επιτρεπτή τιμή της αντίστασης εισόδου της κεραίας; (β ποιοείναιτομήκοςτουδιπόλουγιααυτήτηντιμή; (γ πόση είναι η αντίσταση ακτινοβολίας του διπόλου; Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 30
Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Το δίπολο και το μονόπολο είναι από τις πιο συνηθισμένες κεραίες στα συστήματα ασύρματων κινητών επικοινωνιών. Στοιχειοκεραίες διπόλων χρησιμοποιούνται στους σταθμούς βάσης και τα μονόπολα υπήρξαν από τις πιο συνηθισμένες κεραίες στους δέκτες, εξαιτίας του μεγάλου εύρους ζώνης και της απλής κατασκευής τους. Για μονόπολο 8.33cm επάνω σε αγώγιμο επίπεδο ο πρώτος συντονισμός της σύνθετης αντίστασης εισόδου εμφανίζεται κοντά στα 1000ΜHz και ο δεύτερος κοντά στα 1500ΜΗz. Άλλεςσυχνάχρησιμοποιούμενεςκεραίεςσεκινητούςδέκτεςείναιοικυκλικοίβρόχοι, οι ελικοειδής κεραίες και οι επίπεδες κεραίες PIFA. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 31 Περιεχόμενα Δίπολο απειροστού μήκους Πυκνότητα ισχύος και αντίσταση ακτινοβολίας Απόσταση ακτίνιου και Σφαίρα ακτίνιου Διαχωρισμός περιοχών πεδίου Μικρό δίπολο Δίπολο πεπερασμένου μήκους Κατανομή ρεύματος Δίπολο μισού μήκους κύματος Γραμμικά στοιχεία κοντά ή υπεράνω τέλειου αγωγού Θεωρία ειδώλων Προσεγγιστικές εκφράσεις Κεραίες για συστήματα κινητών επικοινωνιών Επίδραση του εδάφους Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 3
Επίδραση του εδάφους Το έδαφος είναι πάντοτε παρόν κατά την ακτινοβολία των κεραιών. Είναι καλός αλλά όχι τέλειος αγωγός. Ηαγωγιμότηταδενμπορείναθεωρηθείάπειρηοπότεηανάκλασηδενείναι ολική. Έχει πολύ μεγάλη ακτίνα καμπυλότητας αλλά δεν είναι επίπεδο. Πρέπει να προσδιοριστούν ξανά οι γωνίες ανάκλασης και διάθλασης. Η καμπυλότητα της γης προκαλεί μεγαλύτερη σκέδαση των σημάτων σε σχέση με τις επίπεδες επιφάνειες. Τα χαρακτηριστικά των κεραιών, και ιδιαίτερα η αντίσταση εισόδου, στις χαμηλές(lf και μέσες(mf συχνότητες επηρεάζονται σημαντικά από την παρουσία του εδάφους. Ότανηκεραίαείναιτοποθετημένησεμικρόύψοςσεσχέσημετομήκος κύματος η αντίσταση εισόδου μπορεί να είναι μεγαλύτερη από τις τιμές στον ελεύθεροχώρο. Μεγάλη μείωση της αποδοτικότητας της κεραίας. Αντιμετωπίζεται τοποθετώντας ακτινωτά σύρματα ή μεταλλικούς δίσκους στο έδαφος. Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 33 Επίδραση του εδάφους Κατακόρυφο ηλεκτρικό δίπολο(μακρινό πεδίο, επίπεδη γη Απευθείας κύμα: Ανακλώμενο κύμα: E θ = jrvηki0l sinθ 4πr η0cosθi η1cosθt Συντελεστής ανάκλασης: Rv = = R η cosθ + η cosθ jωμ 0 i 1 t η 1 1= : χαρακτηριστική αντίσταση του εδάφους σ + jωε θ i, θ t : γωνίεςπρόσπτωσηςκαιανάκλασης, απόνόμοτουsnll. jηki0l jkhcosθ jkhcosθ Eθ = sinθ + Rv, z 0 Συνολικό πεδίο: d θ 1 1 0 1 1 E = jηkil 1sinθ 4πr r 4πr σ Συστήματα κεραιών 009-10 Αγγελική Μονέδα 34