Cercetarea Antenelor Vibratoare în Diapazonul Undelor Metrice și Decimetrice

Scopul lucrării : de a studia teoretic şi experimental influenţa lungimii vibratorului asupra diagramei de directivitate a antenei.

Mersul lucrarii:

Partea teoretica

Antenă se numeşte dispozitivul destinat pentru emiterea şi recepţionarea undelor electromagnetice cu densitatea de distribuţie al energiei date, în unghiurile spaţiale. În dependenţă de destinaţie, pentru antenă se înaintează diferite cerinţe. De exemplu, antenele staţiilor radio şi TV trebuie să emită undele uniform în spaţiu, în plan orizontal. Invers, antenele staţiilor radiolocatoare, antenele cosmice reprezintă antene strict direcţionate ce concentrează energia undelor emise în limitele unui unghi solid mic. Aceasta permite de a mări brusc tensiunea câmpului electromagnetic în direcţia necesară, fără a mări puterea emiţătorului.

Antenele se clasifică atât după diapazonul undelor emise cât şi după tipul elementelor (constructive) emiţătoare. Pentru undele metrice şi mai lungi antenele se construiesc din conductori, diametrul cărora e mult mai mic ca lungimea de undă. Acest tip de antene se numesc liniare. În diapazonul undelor centimetrice îşi găsesc utilizarea antenele aperture, ce au suprafaţă conductoare metalică, dimensiunile cărora sunt mult mai mari ca lungimea undei de lucru. Aceste antene emit prin desfăşurare, numită apertură. Energia emisă de astfel de antene este maximală în direcţia perpendiculară planului de desfăşurare a antenei. În televiziune (la transmisiunea supraterană), în calitate de antene receptoare, în diapazonul metric şi decimetric se întrebuinţează pe larg vibratoarele simetrice. Cel mai simplu vibrator simetric constă din conductori, de aceeaşi mărime, de formă cilindrică, între care se conectează linia ce uneşte vibratorul cu emiţătorul sau receptorul. Vibratoarele simetrice pot fi utilizate ca antenă sau ca un element al antenei compuse. Deşi e mare diversitatea antenelor utilizate în practică, există un complex unic de caracteristici radiotehnici, ce permit de compara antenele între ele şi de a efectua o apreciere. Una din aceste caracteristici este diagrama de directivitate a antenei. Diagrama de directivitate a antenei – reprezentarea grafică sau matematică a tensiunii câmpului (sau densităţii fluxului de putere) – creat de antenă în zona îndepărtată de unghiurile spaţiale. Deosebim diagrame de directivitate a câmpului E(φ,∆) şi a puterii P(φ,∆), încât |E(φ,∆)2| = P(φ,∆). În general, diagrama de directivitate reprezintă o suprafaţă complexă şi poate fi construită în sistemul de coordonate sferice (r,φ,∆), prezentat în fig.1, unde φ şi ∆ - unghiuri spaţiale (meridianul şi azimutul).

Însă în practică, pentru evidenţă, diagrama de directivitate se construieşte într-un singur plan, de exemplu, în planul ∆=const, însistemul de coordonate cartezian sau polar. Diagrama tipică de directivitate, construită în sistemul cartezian, este prezentată in fig.1

Fig.1. Diagrama de directivitate a antenei în sistemul cartezian de coordonate (∆=const)

Direcţia φ = 0 se numeşte direcţia principală sau direcţia maximului principal. Lăţimea diagramei de directivitate în direcţia principală se determină ca unghiul 2φ0,5, în limitele căruia puterea se micşorează de două ori, iar tensiunea câmpului – de √2 ori. Uneori, prin lăţimea diagramei de directivitate se subînţelege unghiul 2φ0 între primele două valori nule ale câmpului. Nivelul petalelor laterale ale diagramei se apreciază după formula:Рlat. = 20 lg E1(φ), (dB), unde E1(φ)= E1(φ)/Emax(φ)- amplitudinea normată a primei petale laterale. În practică se tinde de a micşora nivelul acestor petale. Valorile tipice Рlat. sunt în limitele de la 15 până la 40 dB.

Caracteristicile principale ale antenei, în general, pot fi determinate rezolvând ecuaţia lui Maxwell pentru valorile de limită corespunzătoare. Însă, obţinerea răspunsurilor precise în majoritatea cazurilor întâlneşte probleme matematice majore. Au fost elaborate metode de calcul aproximativ, ce permit să determinăm mărimea tensiunii câmpului emis de antenă, cu precizia acceptabilă de practica inginerească.