Численно-экспериментальная оценка характеристик зигзагообразной антенны УВЧ-диапазона средств радиорелейной связи на соответствие требованиям действующего законодательства и международных норм

Полный текст

Введение

Существующие средства радиорелейной связи (СРРС), работающие в диапазоне частот 160…645 МГц, комплектуются как направленными, так и ненаправленными антеннами [1], при этом наиболее часто применяются Z-образные излучатели (решетки излучателей) с рефлектором и дополнительными шунтами. Данные типы антенн являются зигзагообразными антеннами (Z-антеннами) усовершенствованных конструкций К.П. Харченко, которые широко начали использоваться для приема телевизионного вещания в середине прошлого столетия и получили обоснованную популярность. С целью установления соответствия применяемых в СРРС зигзагообразных антенн требованиям действующего законодательства и международных норм проведена численно-экспериментальная оценка их основных характеристик с соответствующими выводами.

1. Конструкции и основные характеристики зигзагообразных антенн

В отечественной печати ранние конструкции зигзагообразных антенн представлены инженером К.П. Харченко в журналах Радио [2–4], а также в его брошюре «УКВ антенны» [5].

Рис. 1. Антенна К.П. Харченко

Fig. 1. Antenna K.P. Kharchenko

Полотно зигзагообразной антенны К.П. Харченко образовано восемью проводниками, которые соединены в виде двух ромбовидных ячеек (рис. 1). К точкам питания a-a подключается фидер. При питании антенны коаксиальным кабелем, который прокладывается через точку нулевого потенциала не требуется симметрирующего устройства, так как в точках соединения проводников n-n находится пучность тока и ноль напряжения в независимости от длины волны, что и делает антенное полотно диапазонным, поскольку полуволновые участки проводников в области точек n-n всегда имеют одинаковое направление токов (на рисунке указано стрелками), то есть находятся в одинаковой фазе. Показанная на рис. 1 антенна имеет горизонтальную поляризацию. Расчетные значения коэффициента направленного действия (КНД) и коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) для участка диапазона 250…600 МГц (длина стороны ромбовидной ячейки 23 см) отображены на рис. 2 в виде графиков.

Рис. 2. КНД и КСВН антенны К.П. Харченко

Fig. 2. Directional coefficient and VSWR antenna K.P. Kharchenko

Как видно из графиков данная антенна имеет ограниченные возможности по диапазонности и сравнительно невысокий КНД, и, соответственно, коэффициент усиления (КУ).

Для улучшения характеристик антенны предложена усовершенствованная конструкция [6], в которой за счет особенностей геометрии антенны и использования в качестве нагрузки двухпроводной линии, согласованной с парами ромбических антенн в точках их подключения, достигается увеличение КУ, а также расширение полосы рабочих частот. В полосе от 700 до 900 МГц расчетные значения КСВН предложенной антенны не превышают значения 2,0. При этом в полосе 850…930 МГц КУ достигает величины 13 дБ.

С целью расширения рабочей полосы частот, снижения КСВ в широком диапазоне, сохранения односторонней диаграммы направленности (ДН) и реализации возможностей замены нескольких широкополосных антенн одной антенной предложена конструкция сверхширокополосной комбинированной зигзагообразной антенны [7], которая содержит зигзагообразный вибратор метрового диапазона радиоволн, рефлектор, зигзагообразный вибратор дециметрового диапазона радиоволн и две двухпроводные соединительные линии. Данная антенна имеет расчетный КСВ не превышающий значения 2,0 в полосе частот от 500 до 860 МГц при КУ до 12 дБ.

Задача создания диапазонной направленной антенны на основе Z-антенны с максимально возможным КУ решена в полезной модели [8]. В данной конструкции повышение КУ, а также согласование с 75-омным кабелем достигается за счет того, что стороны ромбических ячеек излучателя, примыкающие к точке питания, выполнены, по меньшей мере, из двух веерно исходящих от точки питания проводников, а в ромбических ячейках излучателя размещены согласующие неоднородности в виде параллельных вектору напряженности электрического поля металлических отрезков. Данная конструкция в диапазоне частот 390…470 МГц, обеспечивает КБВ не менее 0,6, а установка второго излучателя позволяет увеличить КУ антенны на 2,5 дБ.

Для обеспечения неизменной формы двусторонней диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в широкой полосе рабочих частот предлагается конструкция [9], которая снабжена определенным образом двумя одинаковыми замкнутыми треугольными рамками. Наличие в конструкции двух емкостных нагрузок, выполненных в виде плоскостных фигур ромбов позволяет добиться расширения полосы пропускания в более низкочастотную часть, обеспечив работу в полосе частот от 100 до 700 МГц.

Универсальный по поляризации антенный элемент повышенной направленности предложен в [10]. Данная конструкция обеспечивает работу с линейной горизонтальной или вертикальной поляризацией, или с эллиптической поляризацией. Смена поляризации обеспечивается за счет питания конструкции в разных точках.

Для повышения направленности при горизонтальной поляризации поля излучения, а также увеличения КУ предлагается конструкция двойной зигзагообразной антенны [11] с использованием рефлектора. Увеличение КУ достигается за счет использования большего числа излучающих элементов, размеры которых, как и расстояние между ними, изменяются по логарифмическому закону.

Усовершенствованная конструкция зигзагообразного излучателя, полотно которого сформировано выполненными из металлической трубки зигзагообразными проводниками описана в полезной модели [12]. Усиление жесткости рамочной конструкции данной антенны достигается благодаря исполнению, по меньшей мере, двух дополнительных проводников, размещенных в двух смежных ячейках излучателя в виде единого, цельного по длине стержня, пропущенного практически по всему размеру излучателя, а также за счет того, что стержень и зигзагообразный проводник имеют определенную толщину, и при наложении одного на другое между их осями всегда имеется определенное расстояние. Расположение стержня, образующего дополнительные проводники излучателя, позволяет выполнить его с согласующими неоднородностями в виде металлических отрезков, размещенных в ромбических ячейках параллельно вектору электрической составляющей поля.

Для упрощения конструкции и сборки устройства при установке и улучшения согласования антенны с питающим фидером при сохранении направленности антенны в заданном рабочем диапазоне предлагается широкополосная направленная зигзагообразная квазишунтовая антенна [13]. Данная конструкция выполнена в виде двух витков проводников в форме квадратов. Витки проводников расположены вдоль общей диагонали по обе стороны, разомкнуты по всей длине и замкнуты шунтами. Полотно перегнуто по линии симметрии и расположено перед рефлектором. Плоскости ветвей расположены с уклоном к центру. Согласно расчетам, данная антенна предназначена для работы в диапазоне частот 475…825 МГц с КСВН не превышающем значения 2,5 и КУ от 10 до 12 дБ.

Рассмотренные модификации конструкций зигзагообразных антенн нап­равлены на увеличение КУ до 12…13 дБ, одновременно с уменьшением КСВН до двух в рабочей полосе частот, что соответствует не более 11% мощности, отраженной от выхода передатчика.

2. Требования, предъявляемые к антеннам средств радиорелейной связи

В целях обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации, а также для решения вопросов электромагнитной совместимости СРРС, к параметрам их антенных устройств предъявляются как обязательные требования, закрепленные на законодательном уровне, так и требования рекомендательного характера международного и регионального уровней.

Приказом Министерства информационных технологий и связи РФ от 23 ноября 2006 г. № 153 утверждены «Правила применения антенн и фидерных устройств». Согласно Приложению 1 данного приказа устанавливаются следующие обязательные требования для антенн радиорелейных систем связи, работающих в диапазоне частот от 300 МГц до 60 ГГц.

КУ антенн G, дБи, относительно изотропного излучателя должен удовлетворять условию:

а) для антенн с осесимметричным раскрывом:

$G\ge 20\times {\text{log}}_{10 }(D/\lambda )+\mathrm{7,}$ дБи,

где D – диаметр антенны;  λ – длина волны;

б) для антенн с неосесимметричным раскрывом:

$G\ge 10\times {\text{log}}_{10 }(S/{\lambda }^2)+\mathrm{7,}$ дБи,

где S – площадь раскрыва; λ – длина волны.

Ширина главного лепестка диаграммы направленности (Δφ_0,5) определяемая в градусах по уровню половинной мощности, должна удовлетворять условию: 2Δφ_0,5 < 80 λ/D,

где D – диаметр антенны;  – длина волны.

Значения КСВ не должны превышать следующих значений:

Значение развязки между входами/выходами антенн, функционирующих на двух ортогональных поляризациях или в двух, или более диапазонах частот, должно составлять величину не менее 25,0 дБ.

Менее жесткие требования данного приказа установлены для нулевой группы антенн частотного диапазона 0,3 ГГц до 3,0 ГГц первого класса для второго варианта исполнения с предельно допустимым КСВ = 1,45.

Огибающие диаграммы направленности  G(Ѳ)Ѳ – угол в горизонтальной плоскости относительно оси направления основного излучения) и кроссполяризационной развязки для первого класса антенн группы ноль задаются в виде кусочно-ломанных линий, координаты изломов которых приведены в таблице.

Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 50867-96 устанавливает общие технические требования к номенклатуре электрических параметров и конструкций антенн РРЛ, а также определяет методы измерения электрических параметров.

Таблица. Координаты изломов огибающей G(Ѳ) для антенн группы 0 класса 1

Table. Envelope G(Ѳ) break coordinates for group 0 class 1 antennas

Согласно Приложению А данного стандарта КСВ антенн, используемых для работы в зоновых системах и системах, не имеющих протяженного волноводного тракта (аппаратура непосредственно присоединена ко входу антенны), составляет величину от 1,15 до 1,40. Ширина главного лепестка по уровню половинной мощности однолучевых остронаправленных антенн РРЛ составляет величину от долей градуса до нескольких градусов. Относительное защитное действие стандартных антенн составляет от 0 до 10 дБ, высококачественных – от 10 до 20 дБ, сверхвысококачественных – от 20 до 40 дБ. Уровень первого бокового лепестка составляет от –15 до –30 дБ, а при одновременной работе на двух поляризациях – от –30 до –35 дБ.

Уровень максимумов кроссполяризации (или уровень кроссполяризационного излучения в заданном пространственном секторе углов вблизи направления главного излучения) составляет от –15 до –30 дБ.

Приложение В данного стандарта определяет справочные диаграммы направленности, соответствующие Рекомендациям МСЭ Rec. ITU-R F.699, которые используются при отсутствии реальных диаграмм направленности для решения вопросов электромагнитной совместимости, а также могут являться для разработчиков ориентиром при оценке качества вновь разрабатываемой или приобретаемой антенной техники относительно некоего среднего мирового уровня.

Согласно данным Рекомендациям для частот в диапазоне от 100 МГц до менее 1 ГГц в случаях, когда отношение диаметра антенны к рабочей длине волны больше чем 0,63 (G_max > 3,7 дБи), для определения справочных диаграмм направленности используются следующие соотношения:

 $G\left(\phi \right)=G_{\text{max}}–\mathrm{2,5}\times {10}^{–3}{\left(\frac{D}{\lambda }\phi \right)}^2$;                                        (1)

при 0° < φ < φ_m ;

 при G(φ) = G₁  при φ_m ≤ φ ≤100$\frac{D}{\lambda }$; 

$G\left(\phi \right)=52–10{\log }_{10}\left(\frac{D}{\lambda }\right)–25{\log }_{10}\left(\phi \right)$

при $100 \frac{\lambda }{D}\le \phi <{\phi }_s;$

$G\left(\phi \right)=–2–5{\log }_{10}\left(\frac{D}{\lambda }\right);$

при φ_s ≤ φ ≤180°, где

${\phi }_m=\frac{20\lambda }{D}\sqrt{G_{\text{max}}-G_1};$ ${\phi }_s=\mathrm{144,5}{\left(\frac{D}{\lambda }\right)}_{}^{-\mathrm{0,2}};$

$G_1=2+15{\log }_{10}\left(\frac{D}{\lambda }\right).$

В случаях, когда известно только максимальное значение коэффициента усиления антенны, $\frac{D}{\lambda }$ оценивается с помощью следующего выражения:

$20{\log }_{10}\left(\frac{D}{\lambda }\right)\approx G_{\text{max}}-\mathrm{7,7}$;                                           (2)

где G_max – коэффициент усиления главного лепестка диаграммы направленности антенны (дБи).

Как видно из рассмотренных документов, наиболее строгие и полные требования к характеристикам антенн СРРС предъявляются ГОСТ Р 50867-96.

3. Результаты численной и экспериментальной оценки характеристик зигзагообразной антенны

Численная и экспериментальная оценка характеристик проведена для конструкции двойной зигзагообразной антенны с рефлектором, представленной на рис. 3.

Рис. 3. Двойная зигзагообразная антенна с рефлектором

Fig. 3. Double zigzag antenna with reflector

Рассматриваемая конструкция по своему исполнению наиболее близка к описанной в полезной модели [8]. Для предварительной оценки широкополосности и энергетических параметров данной антенны в программе электродинамического расчета трехмерных антенных устройств открытого доступа 4NEC2 выполнено численное моделирование, а также в безэховой камере в полосе частот от 200 до 2000 МГц проведены измерения КУ и КСВН рассматриваемой антенны. Расчетные и измеренные значения КУ и КСВН представлены на рис. 4 в виде графиков.

Рис. 4. КУ и КСВН двойной зигзагообразной антенны с рефлектором

Fig. 4. Amplification coefficient and VSWR of a double zigzag antenna with a reflector

Как видно из графиков данная антенна имеет неплохие характеристики. Согласно результатам расчета, КСВН антенны не превышает значения 2,0 (на отражения теряется примерно не более 11 % мощности передатчика) в полосах частот 534…725 МГц и 945…1127 МГц. Более высокочастотный участок диапазона рассматривать не имеет смысла так как КУ при этом имеет низкие значения. Значения КСВН, не превышающие значения 2,5 (на отражения теряется не более 18 % мощности передатчика) данная антенна имеет в полосах частот 330…755 МГц и 825…1160 МГц, также с низкими значениями КУ в более высокочастотной области. Измеренные значения КСВН не превышают значений 2,5 во всей рассматриваемой полосе, и значений 2,0 в полосе от 200 до 950 МГц. Достаточно низкие и стабильные значения измеренного КСВН возможно объяснить применением устройства для согласования входного сопротивления каждого из излучателей, равного 75 Ом с сопротивлением приемо-передающего устройства, равного 50 Ом. Расчетное значение КУ имеет максимальное значение 15 дБи (относительно изотропного излучателя) на частоте 765 МГц. При снижении КУ не более чем на 3 дБ относительно максимума, антенна обеспечивает работу в полосе частот 430…800 МГц. Измеренные значения КУ на некоторых участках диапазона схожи с расчетными с некоторой разницей в уровне. Максимум измеренного КУ находится на частоте 475 МГц с уровнем 12,5 дБи. Неравномерность измеренного КУ в пределах 3 дБ за исключением максимума наблюдается в полосе частот 300…780 МГц. Снижение измеренного КУ относительно максимума не превышающее 3 дБ наблюдается в полосе частот 425…520 МГц. С учетом полученных в ходе численного моделирования и проведения измерений КУ и КСВН при условии снижения КУ относительно максимума в пределах 6 дБ, и не превышении КСВН значений 2,5 данная антенна обеспечивает работу в полосе частот 330…760 МГц.

 Рис. 5. ДН в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях на частоте F_l

Fig. 5. RP in the horizontal (a) and vertical (b) planes at the frequency F_l

Согласно проведенной оценке КУ и КСВН рассматриваемой антенны, численная и экспериментальная оценка характеристик направленности данной антенны выполнена на трех частотах рабочей полосы: начальной F_l = 330 МГц, конечной F_h = 750 МГц и центральной F₀ = 0,5 [F_l + F_h] = 545 МГц. Расчетные и измеренные нормированные диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях на основной поляризации приведены в полярной системе координат на рис. 5–7 в виде графиков. Как видно из графиков, результаты расчетов ДН повторяют результаты измерений с некоторыми отклонениями.

Рис. 6. ДН в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях на частоте F₀

Fig. 6. RP in the horizontal (a) and vertical (b) planes at the frequency F₀

Рис. 7. ДН в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях на частоте F_h

Fig. 7. RP in horizontal (a) and vertical (b) planes at frequency F_h

Для оценки величины кроссполяризационной развязки расчетные и измеренные нормированные диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях на основной и перекрестной поляризациях приведены в декартовой системе координат на рис. 8–13.

 Рис. 8. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F_l

Fig. 8. RP in the horizontal plane at the frequency F_l

Рис. 9. ДН в вертикальной плоскости на частоте F_l

Fig. 9. RP in the vertical plane at the frequency F_l

Рис. 10. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F₀

Fig. 10. RP in the horizontal plane at the frequency F₀

Рис. 11. ДН в вертикальной плоскости на частоте F₀

Fig. 11. RP in the vertical plane at the frequency F₀

Рис. 12. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F_h

Fig. 12. RP in the horizontal plane at the frequency F_h

Рис. 13. ДН в вертикальной плоскости на частоте F_h

Fig. 13. RP in the vertical plane at the frequency F_h

Так как данная антенна предназначена для применения с использованием горизонтальной поляризации, и не предназначена для работы в режиме поляризационной развязки, измерения кроссполяризационных диаграмм в вертикальной плоскости не проводились. Для оценки ширины ДН расчетные и измеренные нормированные ДН в вертикальной и горизонтальной плоскостях в логарифмическом масштабе приведены в декартовой системе координат в виде графиков на рис. 14–19. На данных рисунках также приведены справочные ДН Рекомендаций МСЭ Rec. ITU-R F.699. Зависимости ширины ДН по уровням –3 дБ и –10 дБ, а также уровней первых боковых лепестков относительно максимума ДН от частоты приведены на рис. 20 в виде графиков для вертикальной и горизонтальной плоскостей. На рис. 21 представлены зависимости от частоты расчетных значений КУ, полученных по значениям ширины ДН по уровням –3 дБ и –10 дБ, а также величина коэффициента защитного действия, вычисленного как отношение мощности, излучаемой в направлении главного максимума ДН к мощности, излучаемой в обратном направлении.

Расчет КУ выполнен по расчетным данным о ширине ДН по уровню –3 дБ и по уровню –10 дБ согласно соотношению [14]:

$G=\mathrm{10,0}{\log }_{10}\left[\mathrm{0,5}\right(G_3+G_{10}\left)\right],$                                            (3)

где

$G_3=\mathrm{31000,0}/\left(2\Delta {\theta }_{-3\text{dB}}2\Delta {\phi }_{-3\text{dB}}\right);$

$G_{10}=\mathrm{91000,0}/\left(2\Delta {\theta }_{-10\text{dB}}2\Delta {\phi }_{-10\text{dB}}\right).$

На рис. 5–7 заметна асимметрия измеренных ДН, которую возможно объяснить погрешностью измерений, а также наличием устройства согласования и симметрирования, расположенного на некотором удалении в вертикальной плоскости от фазового центра антенны, и имеющего металлический корпус.

Рис. 14. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F_l

Fig. 14. RP in the horizontal plane at the frequency F_l

Рис. 15. ДН в вертикальной плоскости на частоте F_l

Fig. 15. RP in the vertical plane at the frequency F_l

Рис. 16. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F₀

Fig. 16. RP in the horizontal plane at the frequency F₀

Рис. 17. ДН в вертикальной плоскости на частоте F₀

Fig. 17. RP in the vertical plane at the frequency F₀

Рис. 18. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F_h

Fig. 18. RP in the horizontal plane at the frequency F_h

Рис. 19. ДН в вертикальной плоскости на частоте F_h

Fig. 19. RP in the vertical plane at the frequency F_h

Рис. 20. Ширина ДН, уровень первых боковых лепестков

Fig. 20. The width of the RP, the level of the first side lobes

Рис. 21. КУ и КЗД антенны

Fig. 21. Amplification coefficient and protective action coefficient of antenna

Результаты расчета и измерения кроссполяризационной развязки по положению минимума в горизонтальной плоскости достаточно точно совпадают на начальной частоте F_l (рис. 8), где оба минимума сдвинуты относительно нуля на –45°. Совпадение расчетного и измеренного минимума кроссполяризационной развязки свидетельствует о практическом соответствии расчетной модели экспериментальному образцу, при этом, так как в расчетной модели не присутствует устройство согласования и симметрирования, данное устройство в измеряемом образце в горизонтальной плоскости влияния на кроссполяризационную развязку не оказывает. В вертикальной плоскости на начальной частоте расчетный минимум кроссполяризационой развязки (рис. 9) сдвинут на –30°.

На центральной частоте F₀ измеренный уровень минимума кроссполяризационной развязки в горизонтальной плоскости (рис. 10) практически находится в фазовом центре антенны и имеет величину –20,1 дБ. Расчетный минимум сдвинут относительно фазового центра на 17° при величине –13,6 дБ. В вертикальной плоскости (рис. 11) на центральной частоте F₀ расчетный минимум кроссполяризационной развязки сдвинут относительно фазового центра на 20,7° с уровнем –29,3 дБ. На конечной частоте рассматриваемого диапазона F_h расчетный и измеренный минимумы кроссполяризационной развязки в горизонтальной плоскости (рис. 12) совпадают с фазовым центром антенны и различаются по уровням, –20,2 дБ и –3,0 дБ, соответственно. В вертикальной плоскости (рис. 13) кроссполяризационный минимум сдвинут на 21,5° с уровнем –11,3 дБ.

Согласно полученным расчетным и экспериментальным данным требования ГОСТ Р 50867-96 по уровню максимумов кроссполяризации (или уровню кроссполяризационного излучения в заданном пространственном секторе углов вблизи направления главного излучения), которые должны составлять от –15 до –30 дБ не выполняются, а также расчетные и измеренные кроссполяризационные минимумы не совпадают с фазовым центром антенны, что требует дополнительного анализа конструкции (модели) антенны и ее последующей доработки.

По ширине расчетные и измеренные ДН на начальной частоте F_l в вертикальной (рис. 15) и горизонтальной (рис. 14) плоскостях по уровню –3 дБ и –10 дБ превышают значения справочных диаграмм Рекомендаций МСЭ Rec. ITU-R F.699. На центральной и конечной частотах F₀ и F_h в вертикальной (рис. 17, 19) и горизонтальной (рис. 16, 18) плоскостях расчетные и измеренные ДН удовлетворяют требованиям указанной рекомендации, в том числе и по уровню заднего излучения на всех трех рассматриваемых частотах.

Расчетные значения уровней первых боковых лепестков (УПБЛ) в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рис. 20) совпадают в полосе частот от 300 до 425 МГц. Минимальные значения УПБЛ –23,1 дБ наблюдаются в вертикальной плоскости на частоте 513 МГц и –18,9 дБ на частоте 462 МГц в горизонтальной плоскости. Максимум УПБЛ в горизонтальной плоскости –9 дБ имеется на частоте 675 МГц, в вертикальной плоскости –10,1 дБ на частоте 645 МГц. УПБЛ в горизонтальной плоскости выше чем в вертикальной.

Расчетное значение ширины ДН с ростом частоты уменьшается как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, что приводит к росту расчетного КУ (рис. 21) и КЗД. На частотах до 340 и свыше 530 МГц наблюдается снижение КЗД из-за роста заднего излучения.

На рис. 22 представлены графики расчетного и измеренного входного сопротивления антенны. Как видно из графиков измеренные значения входного сопротивления имеют осциллирующий характер, изменяющийся по амплитуде в пределах от 39 до 144 Ом. После сглаживания значения входного сопротивления стремятся к величине 75 Ом.

Рис. 22. Входное сопротивление антенны

Fig. 22. Antenna input impedance

Осциллирующий характер входного сопротивления поясняется представленными на рис. 23 графиками нормированных относительно  значений фазовой характеристики (ФХ) комплексного сопротивления. Экстремумы входного сопротивления располагаются на частотах, где ФХ меняет знак с положительного на отрицательный с периодом в 180°. Измеренные и расчетные значения реактивного сопротивления представлены на рис. 24, 25 в виде графиков.

Как видно из графиков, реактивное сопротивление также имеет осцилли­рующий характер, где смена знака сопротивления происходит на частотах, соответствующих частотам смены знака ФХ. Амплитуда колебаний расчетного и измеренного реактивного сопротивления лежит в пределах  Ом. Предельные измеренные значения рективной индуктивности плавно снижаются по мере увеличения частоты с 25 до 10 нГн, а предельные значения реактивной емкости с 4,5 нФ практически до нуля. Амплитуда колебаний сглаженной функции измеренного реактивного сопротивления стемится к нулю на всем участке рассматриваемого диапазона, что указывает на хорошее согласование антенны практически во всей, рассматриваемой полосе частот.

Рис. 23. Фазовая характеристика комплексного сопротивления

Fig. 23. Phase characteristic of complex resistance

Рис. 24. Измеренные значения реактивного сопротивления

Fig. 24. Measured reactance values

Рис. 25. Расчетные значения реактивного сопротивления

Fig. 25. Calculated reactance values

Заключение

Результаты проведенной численно-экспериментальной оценки рассматриваемой конструкции зигзагообразной антенны УВЧ-диапазона средств радиорелейной связи показывают, что антенна имеет неплохие характеристики по согласованию в полосе частот от 300 до 750 МГц. Однако, значения КСВН превышают предельно допустимые КСВН = 1,45, установленные Приказом Министерства информационных технологий и связи РФ от 23 ноября 2006 г. № 153 и ГОСТ Р 50867-96. По уровню огибающей ДН, бокового и заднего излучения данная антенна соответствует требованиям указанных документов, а также Рекомендациям МСЭ ITU-R F.699 за исключением начала участка диапазона, где имеется некоторое (до 5 дБ) превышение уровня огибающей. Требования ГОСТ Р 50867-96 по уровню максимумов кроссполяризации (или уровню кроссполяризационного излучения в заданном пространственном секторе углов вблизи направления главного излучения), которые должны составлять от –15 до –30 дБ не выполняются, а также расчетные и измеренные кроссполяризационные минимумы не совпадают с фазовым центром антенны, что требует дополнительного анализа конструкции (модели) антенны с целью ее последующей доработки для соответствия требованиям.

Для дальнейшего усовершенствования характеристик антенны целесообразным представляется подход, основанный на использовании в их конструкции искусственных композитных структур – метаматериалов [15–17].

Об авторах

Юрий Валентинович Медведев

Автор, ответственный за переписку.
Email: yu.v.medvedev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2982-755X

кандидат технических наук, начальник лаборатории

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Антенна К.П. Харченко

Скачать (40KB)

Метаданные

3. Рис. 2. КНД и КСВН антенны К.П. Харченко

Скачать (301KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Двойная зигзагообразная антенна с рефлектором

Скачать (289KB)

Метаданные

5. Рис. 4. КУ и КСВН двойной зигзагообразной антенны с рефлектором

Скачать (614KB)

Метаданные

6.  Рис. 5. ДН в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях на частоте Fl

Скачать (642KB)

Метаданные

7. Рис. 6. ДН в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях на частоте F0

Скачать (671KB)

Метаданные

8. Рис. 7. ДН в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях на частоте Fh

Скачать (1024KB)

Метаданные

9.  Рис. 8. ДН в горизонтальной плоскости на частоте Fl

Скачать (679KB)

Метаданные

10. Рис. 9. ДН в вертикальной плоскости на частоте Fl

Скачать (641KB)

Метаданные

11. Рис. 10. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F0

Скачать (739KB)

Метаданные

12. Рис. 11. ДН в вертикальной плоскости на частоте F0

Скачать (632KB)

Метаданные

13. Рис. 12. ДН в горизонтальной плоскости на частоте Fh

Скачать (711KB)

Метаданные

14. Рис. 13. ДН в вертикальной плоскости на частоте Fh

Скачать (625KB)

Метаданные

15. Рис. 14. ДН в горизонтальной плоскости на частоте Fl

Скачать (852KB)

Метаданные

16. Рис. 15. ДН в вертикальной плоскости на частоте Fl

Скачать (831KB)

Метаданные

17. Рис. 16. ДН в горизонтальной плоскости на частоте F0

Скачать (856KB)

Метаданные

18. Рис. 17. ДН в вертикальной плоскости на частоте F0

Скачать (810KB)

Метаданные

19. Рис. 18. ДН в горизонтальной плоскости на частоте Fh

Скачать (865KB)

Метаданные

20. Рис. 19. ДН в вертикальной плоскости на частоте Fh

Скачать (779KB)

Метаданные

21. Рис. 20. Ширина ДН, уровень первых боковых лепестков

Скачать (696KB)

Метаданные

22. Рис. 21. КУ и КЗД антенны

Скачать (502KB)

Метаданные

23. Рис. 22. Входное сопротивление антенны

Скачать (582KB)

Метаданные

24. Рис. 23. Фазовая характеристика комплексного сопротивления

Скачать (897KB)

Метаданные

25. Рис. 24. Измеренные значения реактивного сопротивления

Скачать (682KB)

Метаданные

26. Рис. 25. Расчетные значения реактивного сопротивления

Скачать (633KB)

Метаданные