II. THIẾT KẾ ANTEN THU RA ĐA CỘNG HƯỞNG
5. Thiết kế các hệ thống của mẫu đài ra đa rút gọn
5.1.2. Xây dựng phần tử dãy anten tuyến thu
Theo số liệu ban đầu, phần tử tấm lưới anten sẽ phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Để thu các tín hiệu trong dải tần từ 35 đến 70MHz có tổn hao mất phối hợp nhỏ;
- Độ rộng giản đồ hướng của một phần tử trong mặt phẳng phương vị sẽ cung cấp cho việc tạo giản đồ hướng của dãy trong phạm vi góc quạt ± 450;
- Xây dựng phần tử bảo đảm các đặc trưng phân bố biên độ và pha tương tự nhau;
- Phần tử sẽ bảo đảm là thu nhận các tín hiệu phân cực tròn.
Để thực hiện các yêu cầu kỹ thuật, có thể phải sử dụng một phần tử anten dạng chữ thập, nó bao gồm hai chấn tử thụ động đối xứng.
Nếu dải tần có chứa hai khe lõm, thì phần tử anten dạng chữ thập sẽ là các chấn tử đối xứng có trở kháng sóng nhỏ đi (đipol Nadasenko).
Một chấn tử có trở kháng sóng nhỏ đi được trình bày ở hình 3.1.
Việc giảm trở kháng sóng chấn tử sẽ có khả năng làm giảm giới hạn thay đổi điện trở đầu vào chấn tử trong phạm vi dải thông và làm tăng trị số sóng chạy ở phiđơ cấp nguồn.
Trở kháng sóng giảm được thực hiện bằng cách tăng đường kính tương đối của thân (vai) chấn tử. Trở kháng sóng của chấn tử đó có thể xác định được bằng việc sử dụng công thức:
W =120.[ln(l/a)−1] ở đậy: l - là chiều dài thân chấn tử;
a - là bán kính thân (vai) chấn tử.
Trong phạm vi dải tần VHF, không chế tạo thân chấn tử là kim loại đặc, mà từ các dây dẫn riêng biệt căng thành hàng dạng các đường sinh trên hình trụ. Trong trường hợp này, đưa vào khái niệm bán kính tương đương của thân chấn tử.
aeq. = Rn2/r ở đây: n là số dây dẫn;
R là bán kính mặt trụ trên có căng các dây dẫn thành hàng;
r là bán kính của dây dẫn.
Thông thường, số dây dẫn từ 3 đến 10.
BMU
2700
200
Nadenenko vibrator
-200 -100 0 100 200 300 400
0 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 l/λ R, x (ohms)
R
X
Hình 5.1
Hình 5.1 minh họa đường cong để tính toán trị số trở kháng vào khi cho n= 6.
Sơ đồ bản vẽ thiết kế chấn tử anten thu như hình 5.2.
Chấn tử có n = 6 là tối ưu, vì khi đó có trở kháng cực tiểu. Trở kháng của chấn tử không vượt ra ngoài giá trị ±10 ôm trong phạm vi thay đổi chiều dài thân chấn tử từ 0,166 đến 0,33λ. Điện trở tích cực của chấn tử như thế biến đổi trong giới hạn từ 70 đến 300 om.
Kích thước hình học cơ bản của chấn tử Nadasenko được xác định trên cơ sở lý tưởng nhất cho ở hình 5.1.
Ta hãy xét việc chọn cấu trúc của mặt phản xạ không chu kỳ.
Chọn kích thước mặt phản xạ không chu kỳ lớn hơn không nhiều kích thước toàn bộ dãy anten.
Khoảng cách từ trục chấn tử trên cùng đến dây trên cùng của mặt phản xạ luôn luôn bằng từ 0,25 λav đến 0,40λav.
Khoảng cách từ trục chấn tử dưới cùng đến dây mặt phản xạ dưới cùng luôn luôn bằng từ 0,25λav đến 0,40λav.
Khẩu độ mặt phản xạ nằm ngang tăng từ trái sang phải bắt đầu từ tấm lưới anten một lượng bằng 0,25λav.
Bán kính của dây và khoảng cách giữa các dây ở mặt phản xạ không chu kỳ được xác định bằng trị số trường lọt qua lưới phản xạ có thể chấp nhận được.
Hệ số đặc trưng tỷ số công suất sóng tới lọt qua lưới phản xạ, trong trường hợp d
<< ∞, được xác định bởi công thức sau:
) / ln(
1 2
1
πρ δ λ
d + xdx
= ,
Ở đây d là khoảng cách giữa tâm các dây;
ở là bước sóng;
ρ là bán kính dây.
Nếu chọn bán kính dây, thì nó sẽ cho mức cánh sóng phụ phía sau là -15dB, đây là lời khuyên để chọn bộ phản xạ có khoảng cách giữa các dây là 200 mm.
0 50 100
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
E/Emax
f=70 MHz f=35 MHz
Hình 5.2. Giản đồ hướng của chấn tử thụ động bộ phản xạ không chu kỳ như một phần dãy anten (trong mặt phẳng nằm ngang)
Khoảng cách giữa mặt phẳng bộ phản xạ không chu kỳ và mặt phẳng dãy anten được xác định bằng sự thay đổi chấp nhận được về dạng giản đồ hướng của dãy phần tử anten ở đoạn tần số cao và về độ giảm mất phối hợp cũng của các phần tử đó ở đoạn tần số thấp.
Ở khoảng cách lớn hơn 0,40λav; thì điểm không dự tính sẽ nằm ở vị trí cực đại giản đồ hướng của phần tử. Còn khoảng cách nhỏ hơn 0,15 λav; sẽ rất khó khăn trong việc phối hợp trở kháng giữa phần tử với phiđơ.
Do đó, khuyên nên chọn khoảng cách từ mặt phẳng dãy anten đến mặt phẳng bộ phản xạ nằm trong khoảng từ 0,175 λav đến 0,35 λav. Đối với dải tần rộng từ 35 đến 70MHz thì khoảng cách tối ưu là 1,3m.
Các giản đồ hướng của chấn tử có bộ phản xạ không chu kỳ trong mặt phẳng nằm ngang ở các hình 5.2.
Các bản vẽ công nghệ chế tạo anten thu theo bản vẽ của “Resonance NE”:
- Mắt lưới 200x200, đường kính dây nhôm d= 2-2,6mm - Khung coocnhe nhôm 45x45x2
- Kích thước 1 tấm 1100x 2000
Các tham số kỹ thuật của anten thu:
- Tần số làm việc: 35÷70MHz - Phân cực: Tròn
- Phương vị quan sát: +450 và -450
- Độ rộng giản đồ hướng mức 3dB: 140÷280 (trong dải tần) ở mặt góc tà.