Штыревая антенна является одним из наиболее распространенных типов антенн, используемых в радиосвязи, телевидении и других областях. Ее простота конструкции и эффективность делают ее популярным выбором для многих приложений. Однако для достижения оптимальных характеристик необходимо провести точный расчет параметров антенны.
Основные этапы расчета штыревой антенны включают определение длины излучателя, выбор диаметра проводника, расчет входного сопротивления и анализ диаграммы направленности. Каждый из этих параметров влияет на общую эффективность антенны и ее способность передавать или принимать сигналы.
Для расчета длины штыревой антенны часто используется формула, учитывающая рабочую частоту. Например, длина излучателя может быть рассчитана как L = λ / 4, где λ – длина волны. Диаметр проводника влияет на полосу пропускания антенны, а входное сопротивление определяется как Rвх ≈ 36.6 + 22.25 * log10(L/d), где L – длина антенны, а d – диаметр проводника.
Диаграмма направленности штыревой антенны обычно имеет круговую форму в горизонтальной плоскости и узкий луч в вертикальной. Это позволяет антенне эффективно работать в условиях, где требуется равномерное покрытие в горизонтальной плоскости. Расчет диаграммы направленности требует учета таких факторов, как высота установки антенны и влияние окружающих объектов.
Содержание материала
Основные этапы проектирования штыревой антенны
1. Определение рабочих параметров
На первом этапе необходимо задать основные параметры антенны: рабочую частоту, полосу пропускания, входное сопротивление и коэффициент усиления. Для расчета длины штыря используется формула: L = λ / 4, где λ – длина волны. Также учитывается тип среды, в которой будет работать антенна, и требуемая диаграмма направленности.
2. Расчет геометрических размеров
После определения рабочих параметров выполняется расчет геометрических размеров антенны. Длина штыря рассчитывается с учетом поправочных коэффициентов, таких как влияние земли или экрана. Для тонкого штыря диаметр выбирается исходя из механической прочности и условий эксплуатации. Важно учитывать, что увеличение диаметра штыря может повлиять на его резонансную частоту.
На завершающем этапе проводится моделирование антенны в специализированных программах для проверки ее характеристик. Это позволяет уточнить параметры и внести необходимые корректировки перед изготовлением.
Формулы для расчета параметров антенны
Расчет длины штыря
Длина штыревой антенны зависит от рабочей частоты и рассчитывается по формуле:
L = λ / 4,
где L – длина штыря, λ – длина волны. Длина волны определяется как:
λ = c / f,
где c – скорость света (≈ 3·108 м/с), f – рабочая частота.
Расчет входного сопротивления
Входное сопротивление штыревой антенны зависит от ее геометрии и частоты. Для вертикального штыря оно приближенно равно:
Rвх ≈ 36.6 + 22.25 · log10(h/λ),
где h – высота штыря, λ – длина волны.
Для точного согласования с фидером используется коэффициент стоячей волны (КСВ), который рассчитывается как:
КСВ = (1 + |Γ|) / (1 — |Γ|),
где Γ – коэффициент отражения, зависящий от соотношения сопротивлений антенны и фидера.
