Проект широкополосной логарифмической периодической антенны для работы в составе мобильных радиотехнических комплексов связи на стоянке

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время логопериодические антенны находят разнообразное применение и широко используются в коммерческом вещании. Они успешно работают в коротковолновых диапазонах, где меняющиеся условия распространения волн требуют быстрой смены частоты передачи. ЛПА применяются для радио контроля, слежения за спутниками и ракетами в радиоастрономии, при решении специальных задач в военной технике.

Направленные свойства большинства антенн изменяются при изменении длины волны принимаемого сигнала. У узкополосных антенн резко падает коэффициент усиления, а у широкополосных его изменение носит монотонный характер. Один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности в широком диапазоне частот - антенны с логарифмической периодичностью структуры ЛПА. Эти антенны отличаются широким диапазоном: отношение максимальной длины волны принимаемого сигнала к минимальной превосходит десять. Во всем диапазоне обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером, а коэффициент усиления практически остается постоянным.

На данный момент наиболее близким аналогом по данной теме является логопериодическая антенна DLP-11Lфирмы Titanex.

В связи с широким диапазоном рабочих частот разрабатываемого изделия, антенна приобретает большие габариты. В отличие от аналога, в конструкцию прототипа вводится механизм развертывания - свертывания.

Данный механизм позволяет за время 10 минут привести антенну в рабочее состояние, либо в транспортное. Поскольку антенна согласно технического задания, должна работать в составе мобильных радиотехнических комплексов связи, то основной целью разработки является снижение массы изделия и уменьшение времени перевода антенны в рабочее положение.



1. Анализ технического задания

Проектируемое изделие представляет собой одно из наиболее распространенных видов антенных систем. Логарифмическая периодическая антенна находят разнообразное применение и широко используются в коммерческом вещании. Они успешно работают в коротковолновых диапазонах, где меняющиеся условия распространения волн требуют быстрой смены частоты передачи. ЛПА применяются для радио контроля, слежения за спутниками и ракетами в радиоастрономии, при решении специальных задач в военной технике.

Логарифмическая периодическая антенна - определенный тип широкополосных антенн, которые конструируются в расчете на сколь угодно широкие области частот и в пределах своей рабочей области характеризуются независимостью электрических свойств от рабочей частоты.

Целью выполнения дипломного проекта является разработка конструкции мобильной логопериодической антенны, предназначенной для приема и передачи радиосигналов при работе в составе мобильных радиотехнических комплексов связи на стоянке.

Так как данная антенна мобильная, к ней предъявляются строгие требования:

1) По массе - максимальная масса 15 кг.

2) По времени приведения антенны в рабочее состояние - 10 минут командой из 2-х человек.

3) Антенна будет размещаться на борту автомобильного средства, поэтому в не рабочем состоянии она должна занимать наименьшее пространство.

В данном устройстве объеден ряд противоречащих требований: антенна должна быть мобильной, легкой, удобной в использовании, но при этом из-за требуемых электрических параметров антенна будет больших габаритов (4 м х 4,47 м). Данные противоречия предлагается решить использованием легких сплавов материалов, таких как сплав алюминия АМг6ГОСТ 17232-99 [1], стеклотекстолитовых материалов и пластмасс на основе синтетических высокомолекулярных соединений, таких как полиамид блочный ПА-6 ТУ6-05-988-87 [2].

Для того чтобы антенну возможно было разместить в не рабочем положении на борту автотранспорта, конструкцию предлагается сделать складной. Для реализации этого решения вместо типичных используемых жестких трубчатых вибраторов будут применены гибкие, с использованием высоковольтного высокочастотного провода ПВАО-1 ТУ16.К76-223-2008 [3]. Сама же конструкция антенны будет построена на шарнирных соединениях, которые позволят легко и с минимальными временными затратами приводить антенну в рабочее положение и складывать для транспортировки.

Так как антенна - это внешнее устройство, которое будет использоваться в условиях повышенной влажности, низких температур, соляного тумана и т.д., необходимо обеспечить защитные покрытия, которые будут защищать устройство от неблагоприятных факторов. Учитывая габариты изделия, покрывать несущие конструкции защитными металлическими покрытиями не возможно, из - за отсутствия нужных размеров гальванических ванн. В связи с этой проблемой были проведены исследования и найдено решение, применить грунт - эмаль ХВ-0278 ТУ2313-174-217-43165-2000, который обладает высокими антикоррозионными свойствами, а так же предназначен для защиты деталей эксплуатируемых в агрессивных средах [4]. Так же сверху будет покрытие эмаль ХВ-124 защитная. IV. 02 ГОСТ 10144-89, дающее декоративный эффект и дополнительную защиту [5].

Антенна на местности будет располагаться на мачтовом устройстве высотой не более 12 м. Поэтому предъявляется требование по ветроустойчивости - не более 30 м/с. Для обеспечения этого требования необходимо применить мощное фиксирующее устройство на мачте. А так же дополнительно Реп - шнуры фирмы Lanex, которые будут располагаться под углом 120? относительно мачты, они будут давать дополнительное распределение нагрузки при ветровых потоках [6].

Предлагаемый механизм и сама антенна в целом достаточно просты и могут быть реализованы в производстве на любом радиотехническом предприятии с использованием недефицитных материалов.



2. Назначение и принцип работы антенны ЛПА

Антенна ЛПА предназначена для приёма и передачи радиосигналов при работе в составе мобильных радиотехнических комплексов связи на стоянке в диапазоне частот от 30 до 80 МГц.

Логопериодические антенны относятся к классу сверхширокополосных антенн с логарифмической периодичностью параметров в зависимости от частоты. Общий вид логопериодической антенны показан на рисунке 2.1, где n - номер вибратора; N -- общее число вибраторов; Rn -- расстояние от первого вибратора до вибратора с номером n; In -- длина вибратора с номером n. Типовые диаграммы направленности логопериодической антенны в Е и Н плоскостях (Е - плоскость, содержащая вибраторы, Н - плоскость, перпендикулярная осям вибраторов) приведены на рисунке2.2.

Антенна состоит из ряда симметричных параллельных вибраторов монотонно изменяющейся длины, расположенных в одной плоскости. Длина вибраторов и их расстояние от вершины антенны образуют геометрическую прогрессию со знаменателем ф, называемым периодом ЛПА:

R_n-1 / Rn = l_{n-1 1}n = ф. (2.1)

Длина антенны определяется углом б, образуемым линией, соединяющей концы излучающих элементов с осью антенны, и самой длинной волной заданного рабочего диапазона.

Вибраторы логопериодической антенны возбуждаются двухпроводным фидером, который возбуждается со стороны коротких вибраторов и образован двумя параллельными трубками, внутри одной из которых проложен коаксиальный кабель. Внешний проводник кабеля присоединяется к трубке, внутри которой он проложен, а внутренний проводник кабеля к другой трубке. Подобная конструкция антенны очень удобна, так как не требует применения специального симметрирующего устройства.

Рисунок - 2.1 Логопериодическая антенна (ЛПА)

Рисунок - 2.2 Типовые диаграммы направленности логопериодической антенны

Из-за шунтирующего действия вибраторов постоянная распространения волны в линии питания и, следовательно, длина волны изменяются. Известна следующая зависимость длины волны в линии питания от геометрических параметров ЛПА:

л_л = л/[1 + W_л(ф)^{1 2}tg (б/2)/W_В(1 - ф)](2.2)

где л_л - длина волны в линии питания;

л - длина волны в свободном пространстве;

W_л - волновое сопротивление линии питания;

W_B - волновое сопротивление вибраторов полотна;

б - угол раскрыва логопериодической антенны;

ф - период логопериодической антенны.

Рабочая полоса частот логопериодической антенны с нижней стороны ограничивается размерами самых длинных вибраторов lмакс ? л_макс/4 и с верхней стороны - размерами самого малого вибратора l_мин ? л_мин/4. Для сохранения удовлетворительного направленного действия на крайних частотах диапазона следует дополнительно применять по два лишних длинных и коротких вибратора. Это объясняется тем, что в логопериодической антенне на какой-либо заданной частоте возбуждается активная область, которая включает в себя вибратор, длина которого примерно равна л/4, и пару вибраторов, примыкающих к нему с двух сторон. Другие вибраторы из-за значительной расстройки возбуждаются слабее, и их влияние на излучаемое поле невелико. В активной области более длинный вибратор является рефлектором, а более короткий - директором. Совместное излучение нескольких вибраторов активной области усиливается в направлении вершины антенны и компенсируется в обратном направлении. Диаграмма направленности ЛПА (рисунок 2.2) из-за направленных свойств вибратора в плоскости Е (в плоскости, содержащей вибраторы) уже диаграммы в плоскости Н (в плоскости, перпендикулярной осям вибраторов).

Достоинством логопериодической антенны является ее сверхширокополосность. При правильном выборе размеров антенны удается в десятикратном диапазоне волн получать почти неизменные характеристики направленности при коэффициенте стоячей волны менее 1,5--1,7.

Недостатком логопериодической антенны является сравнительно низкое значение ее коэффициента усиления, так как активная область включает только небольшую часть всех вибраторов антенны (обычно от трех до пяти) [7].



3. Обзор научно-технической литературы

Логарифмическими периодическими антеннами (ЛПА) называют определенный тип широкополосных антенн, которые конструируются в расчете на сколь угодно широкие области частот и в пределах своей рабочей области характеризуются независимостью электрических свойств от рабочей частоты.

У большинства широкополосных антенн частотная область, выраженная через отношение f_max:f_min, едва превосходит 4:1, причем в рабочей области постоянно лишь входное сопротивление, а диаграмма направленности излучения изменяется с частотой. Как правило, с ростом частоты сужается главный лепесток и растет число боковых лепестков диаграммы направленности.

У логопериодических антенн этот эффект отсутствует, и диаграмма направленности остается неизменной во всей рабочей области. Нижние частоты f_н определяются только габаритами антенны, а максимальная верхняя частота f_в зависит от типа и размеров системы питания и достижимой точности изготовления антенны. Отношение пределов области частот ЛПА возрастает до 20:1. Усиление ЛПА, приведенное к материальным затратам, сравнительно невелико и при подавлении обратного излучения на 15 - 25дБ и обычных габаритах составляет 4 - 8,5dBd.

ЛПА находят разнообразное применение и широко используются в коммерческом вещании. Они успешно работают в коротковолновых диапазонах, где меняющиеся условия распространения волн требуют быстрой смены частоты передачи. ЛПА применяются для радио контроля, слежения за спутниками и ракетами в радиоастрономии, при решении специальных задач в военной технике.

В зависимости от исполнения ЛПА бывают линейной или круговой поляризации. Их диаграммам направленности почти всегда свойствен единственный главный луч, но строятся и двунаправленные антенны, а так же линейно поляризованные ЛПА с круговой диаграммой. Среди всех конструкций ЛПА самым распространённым типом является логопериодическая вибраторная антенна (ЛПВА). Ее отличает наглядность устройства и возможность легко рассчитать параметры конструкции. Этот тип ЛПА лучше других отвечает запросам потребителей [8].

Направленные свойства большинства антенн изменяются при изменении длины волны принимаемого сигнала. У узкополосных антенн резко падает коэффициент усиления, а у широкополосных его изменение носит монотонный характер. Один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности в широком диапазоне частот - антенны с логарифмической периодичностью структуры ЛПА. Эти антенны отличаются широким диапазоном: отношение максимальной длины волны принимаемого сигнала к минимальной превосходит десять. Во всем диапазоне обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером, а коэффициент усиления практически остается постоянным.

Внешний вид ЛПА показан на рисунке 3.1. Она образована собирательной линией в виде двух труб, расположенных одна над другой, к которым крепятся плечи вибраторов поочередно через один. Схематически такая антенна показана на рисунке 3.2. Сплошными линиями изображены плечи вибраторов, соединенные с верхней трубой собирательной линии, а штриховой линией - соединенные с нижней трубой. Рабочая полоса частот антенны со стороны наибольших длин волн зависит от размеров наиболее длинного вибратора В1, а со стороны наименьших длин волн - от размера, наиболее короткого вибратора. Вибраторы вписаны в равнобедренный треугольник с углом при вершине а и основанием, равным наибольшему вибратору. Для логарифмической структуры полотна антенны должно быть выполнено определенное соотношение между длинами соседних вибраторов, а также между расстояниями от них до вершины структуры. Это соотношение носит название периода структуры:



Рисунок 3.1 - Внешний вид антенны ЛПА

Рисунок 3.2 - Схематичное изображение антенны ЛПА

Таким образом, размеры вибраторов и расстояния до них от вершины треугольника уменьшаются в геометрической прогрессии. Характеристики антенны определяются периодом структуры и углом при вершине описанного треугольника. Чем меньше угол б и чем больше период структуры т (который всегда остается меньше единицы), тем больше коэффициент усиления антенны и меньше уровень заднего и боковых лепестков диаграммы направленности. Однако при этом увеличивается число вибраторов структуры, растут габариты и масса антенны. Поэтому при выборе угла и периода структуры приходится принимать компромиссное решение. Наиболее часто угол а выбирают в пределах 30... 60°, а период структуры т - в пределах 0,7... 0,9.

Подключение фидера к ЛПА, производится без специального симметрирующего и согласующего устройства следующим образом. Кабель с волновым сопротивлением 75Ом вводится внутрь нижней трубы с конца А и выходит у конца Б. Здесь оплетка кабеля припаивается к концу нижней трубы, а центральная жила - концу верхней трубы. В зависимости от длины волны принимаемого сигнала в структуре антенны возбуждаются несколько вибраторов, размеры которых наиболее близки к половине длины волны сигнала. Поэтому ЛПА по принципу действия напоминает несколько антенн "Волновой канал", соединенных вместе, каждая из которых содержит вибратор, рефлектор и директор. На данной длине волны сигнала возбуждается только одна тройка вибраторов, а остальные настолько расстроены, что не оказывают влияния на работу антенны. Это приводит к тому, что коэффициент усиления ЛПА оказывается меньше, чем коэффициент усиления антенны "Волновой канал" с таким же числом элементов, но зато полоса пропускания получается значительно шире.

Как видно из приведенных конструкций антенн бегущей волны и логопериодических, для достижения широкополосности используется принцип взаимной расстройки элементов антенны подобно тому, как в широкополосных усилителях расширение полосы пропускания достигается взаимной расстройкой контуров. Как для усилителей, так и для антенн можно считать общим принципом постоянство для данной конструкции произведения коэффициента усиления на полосу пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем меньше коэффициент усиления при данных габаритах антенны [9].

В качестве товара-конкурента выбираем DLP-11L фирмы Titanex [10]. Введение новых функциональных возможностей при сохранении совместимости с конкурентом способствует росту спроса на это изделие.

Взятая за прототип логопериодическая антенна DLP-11L фирмы Titanex, содержащая, как и аналог: жесткую двухпроводную питающую линию, одновременно играющую роль несущей траверсы для крепления диполей (излучателей); серию гибких диполей (излучателей), подключенных к двухпроводной линии, расстояние между которыми и их размеры определяются известными для логопериодических антенн соотношениями; гибкий диэлектрический строп, обеспечивающий натяжение всей структуры антенны в эксплуатационном положении, и имеющая массу 11 кг, длину питающей линии (бума) 6м, максимальную длину излучающего элемента 10,3 м при общем числе диполей 11 и коэффициентом стоячей волны на входе питающего разъема менее 2.

По сравнению с аналогом прототип антенной системы имеет лучшие показатели мобильности (меньшая масса), позволяющие использовать его в мобильных радиотехнических комплексах, однако процедура предварительной сборки антенны на земле также существенно увеличивает время приведения антенны в рабочее состояние и осложняет процесс подъема ее на мачту. Устранение перечисленных недостатков достигается тем, что в антенне работающей в диапазоне рабочих частот 30-80 МГц и содержащей:

1) жесткую двухпроводную питающую линию длиной 4,5 м, играющую роль несущей траверсы для крепления диполей (излучателей);

2) серию гибких диполей (излучателей) с максимальным размером 4 м. и минимальным размером 0,5м, подключенных к двухпроводной линии, расстояние между которыми, их размеры и число определяются известными для логопериодических антенн соотношениями;

3) гибкий диэлектрический строп, обеспечивающий натяжение всей структуры антенны в эксплуатационном положении;

Вводится механизм развертывания - свертывания антенны, состоящий из четырех подвижных диэлектрических натяжителей, диэлектрического же стропа, удерживающего в рабочем состоянии гибкие излучатели антенны, при натяжении стропа и диэлектрической растяжки (тетивы).

Применение описанного механизма развертывания - свертывания излучателей антенны, в сочетании с гибкой конструкцией самих излучателей, позволяет организовать процесс снятия (установки) и свертывания (развертывания) антенны на мобильной телескопической мачте без разборки (сборки) антенны на составные части за время от 3-х до 10 минут, в зависимости от размеров антенны, конструируемой в пределах вышеуказанного диапазона частот 14-500 МГц, что существенно меньше значений времени развертывания прототипа антенны достигающих 20-30 минут. Типичной ситуацией является установка антенны на верхней секции мачты с крыши аппаратной машины, при этом антенна развертывается в горизонтальном положении, а при подъеме мачты в штатное положение она может быть переведена, при необходимости, в вертикальное положение специальным диэлектрическим тросом и механизмом поворота.

Таким образом, технические преимущества предлагаемого решения, достаточно очевидны и не требуют дополнительных пояснений.

Предлагаемый механизм и сама антенна в целом достаточно просты и могут быть реализованы в производстве на любом радиотехническом предприятии с использованием недефицитных материалов.



4. Разработка конструкции изделия

4.1 Обоснование конструкции антенны ЛПА. Выбор основных материалов

Выбор конструкции разрабатываемого в дипломном проекте изделия производится на основе требований технического задания. При этом необходимо учитывать различные воздействия, которые будет испытывать конструкция при эксплуатации. Нужно также, чтобы конструкция обладала достаточной надежностью и минимальной массой.

При разработке изделия необходимо выбирать методы конструирования, обеспечивающие снижение стоимости, в том числе и энергоемкости, уменьшение объема и массы изделия, стремиться к использованию унифицированных соединительных изделий.

Исходя из требований технического задания и данных, полученных при анализе аналогичных изделий, в рамках данной работы был разработана мобильная логопериодическая антенна.

Конструктивно антенна представляет собой ряд из 12 симметричных проволочных излучателей, подключенных к собирательной линии питания представляющей собой две параллельные трубки. Излучатели выполнены из гибкого особо прочного диэлектрического троса с проводящей оплёткой.

Внутри одной из труб (траверсы) собирательной линии проложен отрезок радиочастотного коаксиального кабеля для возбуждения излучателей антенны, подключаемых к линии через резьбовые контакты.

В соответствии с техническим заданием изделие должно иметь массу не более 15 кг. Это условие возможно осуществить применив в несущих узлах изделия детали выполненные из легких сплавов материалов, таких как сплав алюминия АМг6 ГОСТ 17232-99 [1].

Конструкции из листового материала нашли широкое применение в конструировании радиоэлектронной аппаратуры. Т.к. они отличаются высокой прочностью и жесткостью при малом весе. Штамповка из листовых материалов обеспечивает малую трудоемкость и стоимость изделия, высокую точность размеров.

Конструкция штампованных деталей существенно зависит от объема применяемости (масштаба производства).

На технологичность конструкции штампованных деталей оказывается влияние ограничения в формообразовании для выбранного материала; величина допуска на размеры и форму детали; требование к чистоте поверхности [11].

АМг6имеет высокие пластические характеристики, как при комнатной, так и при повышенных температурах, и обладает высокой коррозионной стойкостью в различных средах, в том числе и в морской воде. Это, а также хорошая свариваемость сплава предопределяет широкое применение его в радиоаппаратостроении. Несмотря на довольно значительное увеличение растворимости магния в алюминии при повышении температуры, упрочнение при закалке сплава АМг6 весьма незначительно, поэтому сплав Амг6 как и другие сплавы группы магния (АМг2, АМг3,5) относятся к термически не упрочняемым. Полуфабрикаты из сплава АМг6 поставляются обычно в отожженном состоянии. Отжиг производится при сравнительно невысоких температурах (310 - 335 °C) с охлаждением на воздухе. При более высоких температурах отжига повышается склонность к коррозии, поэтому для полуфабрикатов низкотемпературный отжиг имеет особое значение. Марганец, несмотря на довольно узкий диапазон содержания в сплаве существенно влияет на его механические свойства. Так при содержании Mn на верхнем пределе (0,8%) при прочих равных условиях прочностные свойства на 2-3 кг/мм 2 выше, чем при содержании Мn на нижнем пределе (5%). Значительное упрочнение профилей из сплава АМг6 может быть достигнуто в результате холодной деформации. Так правка растяжением в пределах применяемых на практике степени деформации (2-3%) не оказывая заметного влияния на предел прочности профилей из сплава АМг6, значительно повышает предел их текучести. Относительное удлинение при этом понижается менее интенсивно, чем у других сплавов. Следует отметить, что такой характер изменения механических свойств профилей из сплава АМг6 при правке растяжением наблюдается независимо от условий отжига, предшествовавшего правке [12].

Из этого материала целесообразно изготовить платформу, для закрепления излучателя на мачте. Чтобы обеспечить необходимую жесткость конструкции к платформе из листового материала будут приварены ребра жесткости.

Для изготовления несущих траверс будут использованы трубы из АМг6 диаметром 24Ч1,5, это позволит значительно сократить массу изделия, но лишив его прочности.

Траверсы должны быть электрически изолированы от основания, для этого необходимо использовать не металлический материал. В наибольшей степени, требованиям настоящего ТЗ удовлетворяет полиамид блочный ПА-6 ТУ6-05-988-87.

Полиамид ПА6 -- твердая пластическая масса с перекрестными молекулярными связями. Этот материал устойчив к сгибанию, разрывам и истиранию. Полиамиды ПА6 чаще всего применяют для изготовления различных технических конструкций и механизмов, эксплуатируемых в течение длительного времени при больших нагрузках.

Полиамиды группы ПА6 -- кристаллизующиеся жесткие полимерные материалы с высокой прочностью на разрыв и стойкостью к износу. ПА6 отличается высокой температурой размягчения и эластичностью при низких температурах, выдерживает стерилизацию паром, разогретым до 140°C. Это позволяет использовать его в условиях с температурными перепадами в широком диапазоне.

Полиамид ПА6 устойчив к воздействию различных химически активных веществ -- таких как слабые кислоты, кетоны, щелочи, углеводы, масла, спирты и эфиры. Детали, изготовленные из этого материала, устойчивы к ударным и кинетическим нагрузкам. Полиамид ПА6 может служить хорошим теплоизолятором и изолятором [13].

Для того чтобы растянуть полотно излучателей необходимо использовать диэлектрические распорки. Для нашего случая самым подходящим материалом является трубки из стеклотекстолита марки ТСЭФ 14х20ГОСТ 12496-88 [14].

Стеклотекстолит ТСЭФ изготавливают из стеклоткани со средней внутренней и поверхностной структурой, с добавлением эпоксидной смолы в качестве термореактивного связующего. Обладает высокой механической прочностью при умеренной температуре, высокой стабильностью электрических свойств при повышенной влажности. Длительно допустимый рабочий диапазон температур составляет от минус 65°C до плюс 155°С. Также стеклотекстолит СТЭФ выдерживает кратковременный нагрев до плюс 155°С. Предназначен для работы в агрессивной среде трансформаторного масла и воздушной среде в условиях нормальной и повышенной влажности.

Изделие будет работать в условия повышенной влажности и высоким перепадом температур. Так как алюминиевые сплавы окисляются при контакте с кислородом и начинают коррозировать, необходимо обеспечить защитное покрытие.

Из-за больших габаритов изделия, на отдельные детали не возможно будет нанести металлическую защитную пленку методом гальваники. Поэтому не обходимо применить грунт - эмаль ХВ-0278 ТУ2313-174-217-43165-2000, который обладает высокими антикоррозионными свойствами, а так же предназначен для защиты деталей эксплуатируемых в агрессивных средах. Так же сверху будет покрытие эмаль ХВ - 124 защитная. IV. 02 ГОСТ 10144-89, дающее декоративный эффект и дополнительную защиту от внешних агрессивных факторов.

Для деталей, габариты которых позволяют использовать гальванические покрытия будут применены подходящие для используемых материалов покрытия.

Антенна на местности будет располагаться намачтовым устройством высотой не более 12 м. Поэтому предъявляется требование по ветроустойчивости - не более 30 м/с. Для обеспечения этого требования необходимо применить мощное фиксирующее устройство на мачте. А так же дополнительно Реп - шнуры фирмы Lanex, которые будут располагаться под углом 120? относительно мачты, они будут давать дополнительное распределение нагрузки при ветровых потоках.

Антенна - это внешнее, которое будет подвергаться воздействию атмосферных конденсированных осадков (инея и росы). Для того чтоб влага и осадки не попадали внутрь трубок, через отверстия вывода кабеля их необходимо заглушить пенополиуретаном (ППУ-335МК-ГАЗ), который заполнив внутреннее пространство трубы, не только даст защиту от конденсированных осадков, но и придаст дополнительную жесткость конструкции, без значительного увеличения массы [15]. Так как пенополиуритан гидрофильное вещество не обходимо само отверстие залить компаундом ЭЗК-6 ОСТ107.460007.007-92, образующим твердую пленку при застывании, который защитит ППУ от намокания [15].

Для пайки электрических соединений применяется оловянно - свинцовый припой ПОС-61, наиболее распространенный и отвечающий всем технологическим требованиям, предъявляемым к припоям, и флюс ФКС на основе канифоли [16].

При выборе и обосновании конструкции модуля учтены следующие общие требования конструирования;

- максимальная эксплуатационная надежность;

- минимизация малогабаритных показателей конструкции и унификации ее деталей.



4.2 Расчет конструкции мобильной логопериодической антенны

Для расчета конструкции антенны предлагается следовать следующим операциям:

1) Выбрать рабочую область и задать область частот В согласно формуле

, (4.1)

По техническому заданию рабочая область частот должна находиться в диапазоне В = 30 - 80 МГц, т.е. рабочая область равна 50 МГц. Будем придерживаться 28 -82 МГц. Введем 5 процентную поправку для f_H

Таким образом:

2) С помощью таблицы 4.1 выберем у = 0,05 и ф = 0,9, которым соответствует предполагаемое усиление 6 dBd + 0,3 dBd.

Таблица 4.1

Ориентировочные оценки усиления ЛПА при разных значениях у и ф

ф	Усиление, dBd	уОПТ
	у = 0,05	у = 0,10	у = 0,15	у = уОПТ
1	2	3	4	5	6
0,750	3,3	4,4	5,3	5,4	0,128
0,775	3,8	4,9	5,8	5,6	0,134
0,800	4,3	5,2	6,0	5,8	0,140
0,825	4,8	5,4	6,3	6,2	0,147
0,850	5,3	5,8	6,5	6,7	0,153
0,875	5,8	6,1	6,8	7,5	0,160
Продолжение таблицы 4.1
1	2	3	4	5	6
0,900	6,3	6,4	7,2	8,0	0,166
0,925	6,8	6,8	7,5	8,6	0,173
0,950	7,2	7,1	7,9	9,1	0,179
0,975	7,7	7,4	8,5	9,5	0,186

3) Рассчитаем активную область В_ar по формуле 4.2

В_ar = 1.1 + 30,8(1 - ф) Ч у,(4.2)

В_ar = 1,1 + 30,8(1 - 0,9) Ч 0,05 = 1,254.

4) Рассчитаем ширину структуры В_S по формуле 4.3. В_S представляет собой отношение значений длины наиболее и наименее длинных элементов.

В_S = В Ч В_ar, (4.3)

В_S = 3,083 Ч 1,254 = 3,866 м

5) По формуле 4.4 найдем половину угла раскрыва б/2 через ctgб/2, пользуясь тригонометрическими таблицами или калькулятором.

, (4.4)

,

б/2 = 26,5?

6) По формуле 4.5 рассчитаем предполагаемую длину антенны А. Если она слишком велика для местных условий, увеличить б/2 и повторить расчеты.

, (4.5)

7) По формуле 4.6 найдем количество вибраторов Е_П, округляя до целого числа.

,(4.6)

8) По формуле 4.7 рассчитаем длину вибратора l₁, а затем длину остальных вибраторов l₂ - l₁₄

(4.7)

l₁ = 11,278/2 = 5,639 м

Рассчитаем длины остальных вибраторов

l₂ = l₁Ч ф = 5,639 Ч 0,9 = 5,0751 м

l₃ = l₂ Ч ф = 5,0751 Ч 0,9 = 4,5676 м

l₄ = l₃Ч ф = 4,5676 Ч 0,9 = 4,1108 м

l₅ = l₄ Ч ф = 4,1108 Ч 0,9 = 3,6997 м

l₆ = l₅ Ч ф = 3,6997 Ч 0,9 = 3,3298 м

l₇ = l₆ Ч ф = 3,3298 Ч 0,9 = 2,9968 м

l₈ = l₇ Ч ф = 2,9968 Ч 0,9 = 2,6971 м

l₉ = l₈ Ч ф = 2,6971 Ч 0,9 = 2,4274 м

l₁₀ = l₉ Ч ф = 2,4274 Ч 0,9 = 2,1847 м

l₁₁ = l₁₀ Ч ф = 2,1847 Ч 0,9 = 1,9662 м

l₁₂ = l₁₁ Ч ф = 1,9662 Ч 0,9 = 1,7696 м

l₁₃ = l₁₂ Ч ф = 1,76996 Ч 0,9 = 1,5926 м

l₁₄ = l₁₃ Ч ф = 1,5926 Ч 0,9 = 1,4336 м

9) По формуле 4.8 рассчитаем расстояние между вибраторами S₁и всю серию расстояний S₂ - S₁₃.

,(4.8)

Если S₁ задано, то S₂ = S₁Ч ф; S₃ = S₂ Ч ф²

Таким образом

S₁ = 0,05 Ч 11,278 = 0,5639 м

S₂ = 0,5639 Ч 0,9 = 0,5075 м

S₃ = 0,5639 Ч 0,9² = 0,456759м

S₄ = 0,5639 Ч 0,9³ = 0,4111м

S₅ = 0,5639 Ч 0,9⁴ = 0,36997м

S₆ = 0,5639 Ч 0,9⁵ = 0,33298м

S₇ = 0,5639 Ч 0,9⁶ = 0,29968м

S₈ = 0,5639 Ч 0,9⁷ = 0,26971м

S₉ = 0,5639 Ч 0,9⁸ = 0,2427 м

S₁₀ = 0,5639 Ч 0,9⁹ = 0,218847 м

S₁₁ = 0,5639 Ч 0,9¹⁰ = 0,19662 м

S₁₂ = 0,5639 Ч 0,9¹¹ = 0,17696 м

S₁₃ = 0,5639 Ч 0,9¹² = 0,1593 м

Проделав расчеты, получаем следующую структуру, представленную на рисунке 4.1:

4.3 Расчет антенны на прочность при воздействии воздушного потока со скоростью 50 м/с

4.3.1 Конструкция антенны

Работа антенны заключается в обеспечении приема или передачи радиосигнала на стоянках объекта.

Рисунок 4.1 - Структурный вид ЛПА

Рисунок 4.2 - Общий вид антенны ЛПА



Рисунок 4.3 - Габаритные размеры антенны ЛПА

Антенна состоит из 12 симметричных проволочных излучателей, подключенных к собирательной линии питания (траверсам, поз. 6), представляющей собой две параллельные алюминиевые трубы диаметром 24 Ч 1,5 мм. Излучатели (поз. 5) выполнены из гибкого особо прочного диэлектрического троса с проводящей оплёткой.

Внутри одной из труб (траверсы) собирательной линии проложен отрезок кабеля РК75-7-22 для возбуждения излучателей антенны, подключаемых к линии через резьбовые контакты.

Для удобства транспортировки и сокращения времени развёртывания-свёртывания конструкция антенны выполнена складывающейся и неразборной. Для установки на мачту (поз. 3), выполненную из дюралюминиевой трубы диаметром 50х2,0 мм, антенна снабжена специальным дюралюминиевым основанием размерами 514 Ч 180 мм (поз. 4). Для фиксации положения излучателей к торцам откидных опор (поз. 2, 8) спереди и сзади антенны прикрепляются реп-шнуры (поз. 1, 7), удерживающие излучатели в заданном положении с помощью закреплённых на них бобышек.

Размеры антенны в развёрнутом состоянии составляет 4,4 м в длину и 4,47 м в ширину.

4.3.2 Исходные данные для расчета

1) Размеры антенны представлены на рисунках 5.1 и 5.2;

2) Материал траверс - труба АМг6 24х1,5 ОСТ1 92096-83;

3) Материал мачты - труба Д16.Т.КР 50х2,0 ОСТ1 92096-83;

4) Материал основания - лист АМг6.М 2,0 ГОСТ 21631-76;

5) Материал шарниров - 40Х13 ГОСТ 5949-75;

6) Механические характеристики материалов (предел прочности ув):

- для 40Х13 ув = 1х10⁸ кг/м²;

- для Д16Т ув = 4,3х10⁷ кг/м²;

- для АМг6.М ув = 4,1х10⁷ кг/м²

7)Скорость воздушного потока 50 м/с.

4.3.3 Расчет ветровых нагрузок

Ветровую нагрузку, воздействующую на антенну можно рассчитать по формуле 5.1:

,(4.9)

где К_П - коэффициент перегрузки;

q - скоростной напор, кгс/м²;

в - динамический коэффициент;

С_Х - аэродинамический коэффициент лобового сопротивления;

S - площадь поперечного сечения конструкции, противостоящей воздушному потоку, м²;

б - угол между направлением воздушного потока и нормалью к поверхности элемента конструкции.

Если к изделию не предъявляются специальные требования, то расчет проводят при коэффициенте К_П = 1 и динамическом коэффициенте в = 1,4.

Скоростной напор рассчитывается по формуле:

(4.10)

где V - скорость воздушного потока, м/с.

При V = 50 м/cq = 50²/16 = 156,25 кгс/м²

Значение С_Х зависит от числа Рейнольдса

(4.11)

где (для V = 50 м/с);

d - характерный геометрический размер (диаметр);

v - кинематический коэффициент вязкости воздуха.

При 15?С и барометрическом давлении воздуха 760 мм.рт. ст.

v = 1,455Ч10^-5 м²с.

В зависимости от R_eопределяется С_Х

В интервале R_e = 1,6Ч10⁴ - 1,8Ч10⁵С_Х остается примерно постоянным и равным для гладкого цилиндра 1,2.

Для тела, имеющего в сечении форму квадрата со стороной d (или близкую к нему), направленного плоскостью перпендикулярно потоку С_Х = 1,28 (для плоских тел) и С_Х = 2,0 (для бесконечно длинных).

Угол между направлением воздушного потока и нормалью к поверхностям элементов конструкции антенны (рисунок 4.3) б = 0; соsб = 1.

Ветровая складывается из ветровых нагрузок, прилагаемых к каждому элементу конструкции:

(4.12)

Результаты расчетов ветровых нагрузок на элементы конструкции антенны при скорости ветра 50 м/с приведены в таблице 4.2.

Таким образом, выделим ветровые нагрузки, необходимые нам для дальнейших расчетов, на следующие элементы конструкции:

При скорости ветра 50 м/с:

1) Ветровая нагрузка на излучатель

Q_ИЗЛ. = 4,73 + 0,486 = 5,216 кгс;

2) Ветровая нагрузка на траверсу

Q_ТР = 2Ч5,216 + 2,85 + 0,433 + 0,514 + 7,455 = 21,684 кгс;

3) Ветровая нагрузка на основание

Q₁ = 88,188 кгс;

4) Ветровая нагрузка на всю антенну ЛПА

Q_АНТ = 90,6 кгс.

Таблица 4.2

Результаты расчета ветровых нагрузок на элементы конструкции антенны ЛПА при скорости ветра 50 м/с

Наименование элемента конструкции	Размеры, мм	S, м2	Re	CX	Q, кгс	Кол. элем. в антенне	?Q, кгс
	d, мм	L, мм
Излучатель	16	1126	0,01802	6,5Ч104	1,2	4,73	8	37,842
Шарнир	25	74	0,00185	1,02Ч105	1,2	0,0486	8	3,885
Корпус траверсы	106	96	0,01018	4,3Ч105	1,28	2,85	2	5,7
	96	65	0,00624	3,9Ч105	2,0	2,73	2	5,46
	60	44	0,00264	2,4Ч105	0,75	0,433	2	0,866
Фланец траверсы	47	50	0,00235	1,9Ч105	1,0	0,514	2	1,028
Труба траверсы	40	710	0,0284	1,6Ч105	1,2	7,455	2	14,91
Соединительная коробка	160	98	0,01568	6,5Ч105	1,28	4,39	1	4,39
Корпус стойки	126	50	0,0063	5,1Ч105	1,28	1,764	1	1,764
	60	52	0,00312	2,4Ч105	0,75	0,512	1	0,512
Опорная труба	50	1000	0,05	2Ч105	1,0	10,938	1	10,938
	60	100	0,006	2,4Ч105	0,75	0,984	1	0,984
Кожух	200	60	0,012	8,2Ч105	0,35	0,919	1	0,919
Зажим	65	150	0,00975	2,6Ч105	0,7	0,493	1	1,493
Итого	90,6

4.3.4 Расчет антенны на стойкость при воздействии воздушного потока со скорость 50 м/с

Расчет на стойкость антенны ЛПА будем проводить по самым нагруженным элементам конструкции. Самими нагруженными элементами в конструкции являются места закрепления излучателей в шарнирах, диэлектрической трубы траверсы во фланец, цилиндрическая часть фланца траверсы, основание центральной стойки.

Для упрощения расчетов считаем, что ветровая нагрузка равномерно распределяется по длине основных элементов конструкции антенны и принимаем расчетную схему балки с жестким защемлением одного конца (рисунок 4.4)

Рисунок - 4.4

А - реакция опора

М_ИЗГ - изгибающий момент

Расчет ведем по допустимой нагрузке на изгиб

, (4.13)

где М_ИЗГ - максимальный изгибающий момент по расчетной схеме рисунок 4.3 возникает в точке заделки балки и равен:

, (4.14)

где g = Q/l - интенсивность распределения нагрузки,

W - момент сопротивления.

Момент сопротивления определяется по формулам:

Для трубы:

(4.15)

где d_Н - наружный диаметр трубы,

d_В - внутренний диаметр трубы.

Момент, создаваемый воздушным потоком в месте закрепления излучателя в шарнир:

М_ИГЗ = 1/2Ч1,126Ч4,73 = 2,663 кгЧм

Момент у основания излучателя:

М_ИГЗ = 1/2Ч1,2Ч5,216 = 3,13 кгЧм

Момент, создаваемый воздушным потоком у основания траверсы:

М_ИГЗ = 0,83Ч(4,73Ч2+2,85+0,433)+1/2Ч0,71Ч7,455 = 13,22кгЧм.

Момент, создаваемый ветром в месте закрепления диэлектрической трубы центральной стойки в зажим:

М_ИГЗ = 1,2Ч76,27+1/2Ч11,922 = 97,5 кгЧм.

Момент сопротивления трубы излучателя равен

м³

Момент сопротивления шарнира



м³

Момент сопротивления диэлектрической траверсы

м³

Момент сопротивления цилиндрической часта фланца траверсы

м³

Момент сопротивления диэлектрической трубы стойки

м³

Определим напряжение, возникающее в опасных сечениях

г/м²- для излучателя;

кг/м² - для шарнира;

кг/м² - для диэлектрической трубы траверсы;

кг/м²- для цилиндрической части фланца траверсы;

кг/м² - для основания стойки

[] = 0,3ч0,45у_В

Для стали 40Ч13у_В = 10⁸ кг/м²

[у_ИЗГ] = 3Ч10⁷ кг/м²

Для стали 12Ч18Н9Ту_В = 5,4Ч10⁷ кг/м²

[у_ИЗГ] = 1,89Ч10⁷ кг/м²

Для стеклотекстолитау_В = 10⁸ кг/м²

[у_ИЗГ] = 2Ч10⁷ кг/м²

Коэффициент запаса прочности определяется по формуле:

(4.16)



Для излучателей:

.

Для шарниров:

.

Для трубы траверсы:

.

Для фланца траверсы:

.

Для основания стойки:

.

Вывод: Антенна ЛПА устойчива к воздействию ветровой нагрузки в 90,6 кгс, создаваемой воздушным потоком со скоростью 50 м/с.

4.4 Построение диаграммы направленности мобильной логопериодической антенны

При описании свойств излучения используются два почти равноценных понятия трехмерной и двухмерной диаграмм направленности, которые служат для представления свойств излучения в системе пространственных координат. Первая из этих диаграмм воспроизводит распределение излучения по всем направлениям, а вторая - по направлениям, лежащим в какой-либо плоскости. Рекомендуется пространственную зависимость создаваемой антенной в разных направления на одинаковом расстоянии в дальнем поле напряженности поля по амплитуде, фазе и поляризации обозначить термином «характеристика направленности». Диаграммой направленности называют графическое представление сечения характеристики направленности.

Диаграмма направленности антенн может изображаться в полярной системе координат или в сечении этой системы, а так же в декартовых (прямоугольных) координатах.

В полярных координатах применяется сетка концентрических кругов и исходящих из их центра лучей (рисунок 4.5). Концентрические круги представляют напряжение, причем в их центре оно приравнивается к нулю. Лучи показывают направление, отсчитываемое в угловой мере, как правило, от основного направления передачи или приема. От этого правила часто отступают при построении диаграммы направленности в вертикальной плоскости.

На рисунке 4.5а представлена нормированная диаграмма направленности полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости (плоскость Е горизонтальная ширина половинной мощности 80?); на рис. 4.5б - диаграмма в горизонтальной плоскости директорией антенны (плоскость Е, горизонтальная ширина 27°) в линейных полярных координатах.

Рисунок 4.5 - Горизонтальные диаграммы направленности

Представление диаграмм направленности в декартовых координатах менее наглядно (рисунок 4.6), однако его преимущество состоит в большем угловом разрешении боковых лепестков (это видно при сравнении рисунка 4.6 и 4.5б). Обычно максимум излучения отвечает углу 0°. По оси абсцисс откладывают углы от 0° до ±180°, а по оси ординат - проценты от максимума (0-100%) или значения отображаемой величины в децибелах.

Рисунок 4.6 - Диаграмма направленности антенны в декартовых координатах

Максимальное выходное напряжение антенны, измеренное в главном направлении излучения, приравнивается к 1 (100%) или 0 дБ и наносится при угле 0°. Все последующие напряжения приема, измеренные под разными углами к главному направлению в пределах 180°, откладываются при соответствующих углах в долях от максимального напряжения. Кривая, связывающая точки результатов измерений, представляет собой функцию направления и служит диаграммой направленности излучения.

По диаграмме направленности определяют ряд важных параметров рассматриваемой антенны. Половину ширины главного лепестка называют углом половинного уровня. Это угол между направлением максимума излучения и направлением, где плотность потока энергии составляет половину от максимальной. Чтобы определить такой угол, точке наибольшего напряжения в главном направлении присваивают значение 1,0 и по обе стороны лепестка излучения находят точки, в которых напряжение составляет 0,71 от максимального. Уменьшение напряжения в 0,71 раз (1/V2) соответствует снижению мощности на 50% или на 3 дБ. Затем, как показано на рисунке 4.5а, через эти точки проводят из центра прямые, которые и служат сторонами искомого угла половинного уровня. Обычно предпочитают пользоваться понятием ширины диаграммы по половинной мощности или ширины по уровню 3 дБ. Ширина лепестка диаграммы направленности по половинной мощности равна сумме обоих углов половинного уровня и обозначает интервал углов, в котором плотность потока энергии составляет не менее половины своего максимального значения. Наряду с термином «ширина по половинной мощности» пользуются и тождественным - «угол раскрыва».

Смысл угла половинного уровня нетрудно понять в прямоугольной системе координат. Поскольку диаграммы направленности строят в горизонтальной и вертикальной плоскостях, следует различать горизонтальную и вертикальную ширину диаграмм по половинной мощности.

Коэффициентом обратного излучения называется отношение максимального напряжения, полученного при угле 0°, к максимальному напряжению, наведенному с обратного направления. Этот коэффициент выражается в децибелах.

Реже пользуются понятием коэффициента бокового излучения, который выражается отношением напряжения при угле 0° к напряжениям при угле 90° или 270°.

Точка диаграммы направленности, где напряжение убывает до нуля, носит название нулевой. Ее положение описывается углом нулевого значения, то есть углом между направлением максимума излучения и направлением на первую нулевую точку. Шириной по нулевому уровню называют интервал углов между первыми нулевыми точками по обе стороны от главного лепестка диаграммы направленности.

Как показано на рисунке 4.5б, наряду с главным лепестком возможны более или менее выраженные боковые лепестки. Чаще всего они нежелательны, поскольку ухудшают направленность и ослабляют главный лепесток. Отношение максимального напряжения, отвечающего главному направлению излучения, к напряжению в боковом лепестке называется коэффициентом ослабления бокового лепестка. Вместе с этим коэффициентом при описании бокового лепестка приводят и его угол относительно главного направления.

Диаграмма направленности является нормированной, когда все значения напряжения поделены на его максимальную величину и результат деления выражен в долях единицы или в процентах (см. рис. 4.5а и 4.6).

4.4.1 Закономерности излучения полуволнового вибратора

Трехмерная диаграмма направленности имеет форму тора с проводником антенны на оси симметрии. В случае, показанном на рисунке 4.7, вибратор горизонтально поляризован, так как ось антенны горизонтальна. Горизонтальный разрез тора в плоскости его оси на рисунке 4.7 (вид сверху) дает наглядное представление об этой характеристике. Заштрихованные плоскости сечения изображают диаграмму направленности, соответствующую рисунку 4.5а. Видно, что главный луч полуволнового вибратора в свободном пространстве всегда перпендикулярен оси проводника. Это справедливо и для иной плоскости сечения. Например, если тор рассечь перпендикулярно его оси, диаграмма направленности окажется кругом, в центре которого находится сечение проводника (рисунок 4.8). Данное сечение служит вертикальной диаграммой направленности горизонтального полуволнового вибратора в свободном пространстве и лежит в плоскости, перпендикулярной оси проводника. Если вибратор сориентировать вертикально, то круговая диаграмма на рисунке 4.8 превратится в горизонтальную диаграмму направленности вертикального вибратора, а двухлепестковая диаграмма на рисунке 4.5а станет вертикальной диаграммой направленности того же вибратора.

Ради простоты обычно пользуются понятиями плоскости Е и плоскости Н. Первая из них соответствует направлению линий электрического поля в плоском волновом фронте, вторая - направлению линий магнитного поля. У линейно поляризованных антенн проводник вытянут в плоскости вектора напряженности электрического поля Е.

Рисунок 4.7 - Трехмерная диаграмма направленности горизонтального вибратора (верхняя часть тора удалена)

Поперечное сечение вибратора

Рисунок 4.8 - Диаграмма направленности горизонтального полуволнового вибратора в вертикальной плоскости

Поэтому диаграмма направленности типа той, что показана на рисунке 4.5, всегда отображает диаграмму направленности в плоскости Е независимо от наклона вибратора. Соответственно, диаграмма на рисунок 4.8 служит диаграммой в плоскости Н, так как она принадлежит плоскости вектора магнитного поля Н. Согласно [17], диаграмма направленности Е или Н является графическим представлением диаграммы направленности антенны с преимущественно линейной поляризацией для плоскости, в которой лежат главный луч и электрический или магнитный вектор.

4.4.2 Зависимость направленности горизонтальных антенн от окружающих предметов

До сих пор обсуждались диаграммы направленности антенн, находящихся в свободном пространстве или хотя бы на большой высоте вдали от посторонних предметов. Разумеется, «на большой высоте» и «вдали» - понятия относительные и должны рассматриваться с учетом рабочей длины волны излучения. Так, антенну для 2-метрового диапазона на 10-метровой мачте допустимо называть высокой, поскольку высота опоры пятикратно превосходит длину волны. При желании разместить 40-метровую антенну на расстоянии пяти длин волн от земли потребовалась бы 200-метровая мачта, так как длина 10-метровой опоры оказалась бы вчетверо меньше длины волны. Ясно, что радиолюбители не в состоянии размещать коротковолновые антенны на столь большом удалении от земли и посторонних предметов, чтобы можно было пренебрегать влиянием окружающих объектов.

Если антенна размещается вблизи грунта, ее параметры изменяются вследствие отражений от земли. Прежде всего это касается сопротивления излучения, коэффициента укорочения и диаграмм направленности. Высота антенны по сравнению с рабочей длиной волны, ориентация относительно земной поверхности, а также электрические свойства грунта и окружающих объектов определяют, в какой степени изменятся эти параметры.

Волны, излученные антенной к земле вертикально или под малым углом к вертикали, отразятся от почвы и пройдут сквозь структуру антенны, наводя ток в ее проводниках. Фазы и амплитуды наведенных токов зависят от расстояния между антенной и отражающим грунтом. Таким образом, суммарный ток антенны образуют две составляющих. Амплитуда первой из них определяется мощностью передатчика и сопротивлением излучения. Вторая составляющая связана с излучением, отраженным от грунта к проводникам антенны. В зависимости от высоты антенны над землей фаза этой составляющей по-разному соотносится с фазой главного компонента. При одинаковых фазах токи складываются. Если фазы противоположны, результирующий ток антенны равен разности составляющих. Поскольку мощность питания антенны от передатчика Р постоянна, вслед за вариациями тока антенны I за счет отражения должен меняться и ее импеданс R: Р = I²R. Поэтому с приближением антенны к грунту значение ее импеданса отклоняется от теоретического.

На рисунке 4.9 показана зависимость вертикальной диаграммы направленности горизонтального полуволнового вибратора от соотношения его высоты над идеальным грунтом и длины волны излучения. При построении графиков использован коэффициент, достигающий теоретически возможного максимального значения 2,0 лишь при совпадении фазы и направления прямой и отраженной волн.