ऐन्टेना चरण केंद्र की स्थिति निर्धारित करने की विधि। चरण विकिरण पैटर्न. एंटीना चरण केंद्र की अवधारणा सिद्धांत और व्यवहार की तुलना

एंटेना ऐसे उपकरण हैं जो विद्युत चुम्बकीय तरंगों (ईएमडब्ल्यू) की कृत्रिम चैनलिंग प्रणाली को उनके प्रसार के आसपास के प्राकृतिक वातावरण से मिलाते हैं।

एंटेना किसी भी रेडियो संचार प्रणाली का एक अभिन्न अंग हैं जो तकनीकी उद्देश्यों के लिए विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उपयोग करता है। विद्युत चुम्बकीय तरंगों के प्रसार के लिए कृत्रिम और प्राकृतिक वातावरण के मिलान के अलावा, एंटेना कई अन्य कार्य कर सकते हैं, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण प्राप्त और उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंगों का स्थानिक और ध्रुवीकरण चयन है।

संदर्भ:

समन्वित प्रणालियाँ वे प्रणालियाँ हैं जो संचरण के लिए इच्छित अधिकतम विद्युत चुम्बकीय शक्ति को एक दूसरे तक संचारित करती हैं।

इसमें प्राप्त करने वाले और संचारित करने वाले एंटेना होते हैं।

ट्रांसमिटिंग एंटेना

संरचनात्मक योजना

1 - एंटीना इनपुट जिससे ट्रांसमीटर से आपूर्ति वेवगाइड जुड़ा हुआ है;

2 - एक मिलान उपकरण जो आपूर्ति वेवगाइड में यात्रा तरंग मोड सुनिश्चित करता है;

3 - एक वितरण प्रणाली जो विकिरण क्षेत्रों का आवश्यक स्थानिक आयाम-चरण वितरण प्रदान करती है;

4 - विकिरण प्रणाली (उत्सर्जक), विद्युत चुम्बकीय तरंगों का निर्दिष्ट ध्रुवीकरण और दिशात्मक विकिरण प्रदान करता है।

एंटेना प्राप्त करना

संरचनात्मक योजना

1 - एंटीना आउटपुट, जिससे एंटीना को रिसीवर से जोड़ने वाला वेवगाइड जुड़ा होता है;

2 - मिलान उपकरण;

3 - इंटीग्रेटर - एक उपकरण जो स्थानिक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का भारित सुसंगत-चरण-योग प्रदान करता है;

4 - प्राप्त करने वाली प्रणाली एंटीना के आसपास के प्राकृतिक वातावरण से प्रवेश करने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंगों का ध्रुवीकरण और स्थानिक चयन प्रदान करती है।

संदर्भ:

समान संख्याओं द्वारा निर्दिष्ट ट्रांसमिटिंग और प्राप्त करने वाले एंटेना की संरचना के तत्वों में समान डिज़ाइन हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप, जिस सिस्टम में एंटेना संचालित होते हैं, उससे अलग होकर, ट्रांसमिटिंग एंटीना को प्राप्त करने वाले एंटीना से अलग करना असंभव है। एंटीना और इसके विपरीत।

इसमें ट्रांसमिटिंग और रिसिविंग एंटेना होते हैं।

एंटीना वर्गीकरण

विभिन्न प्रकार के एंटेना को व्यवस्थित करने के लिए, उन्हें कई सामान्य विशेषताओं के अनुसार संयोजित किया जाता है। वर्गीकरण मानदंड हो सकते हैं:

ऑपरेटिंग तरंग रेंज;

डिज़ाइन की समानता;

रोबोट सिद्धांत;

नियुक्ति।

कक्षाओं को उपवर्गों आदि में विभाजित किया जा सकता है।

उनके उद्देश्य के अनुसार, सभी एंटेना को दो बड़े वर्गों में विभाजित किया गया है:

संचारित करना;

स्वागत।

इन दो वर्गों में उपप्रकार शामिल हैं:

स्थायी तरंग एंटेना;

यात्रा तरंग एंटेना;

एपर्चर एंटेना;

सिग्नल प्रोसेसिंग के साथ एंटेना;

सक्रिय एंटीना सरणियाँ;

एंटीना सरणियों को स्कैन करना।

ऐन्टेना सिद्धांत के मुख्य कार्य

दो कार्य हैं:

विशिष्ट एंटेना के गुणों का विश्लेषण करने का कार्य;

एंटेना को उनके लिए दी गई प्रारंभिक आवश्यकताओं के अनुसार डिजाइन करने का कार्य।

विश्लेषण समस्या को शर्तों के आधार पर हल किया जाना चाहिए: आवश्यक विद्युत चुम्बकीय तरंगों को मैक्सवेल के समीकरणों, इंटरफ़ेस पर सीमा स्थितियों और सोमरफेल्ड विकिरण स्थितियों को पूरा करना होगा।

समस्याएँ प्रस्तुत करने की ऐसी कठोर परिस्थितियों में, विश्लेषण केवल कुछ विशेष मामलों के लिए ही संभव है (उदाहरण के लिए, एक सममित इलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के लिए)।

विश्लेषण समस्याओं को हल करने की अनुमानित विधियाँ व्यापक हैं, जिनके अनुसार इन समस्याओं को दो भागों में विभाजित किया गया है:

आंतरिक कार्य;

बाहरी कार्य.

आंतरिक कार्य को एंटीना, वास्तविक या समकक्ष में धाराओं के वितरण को निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। बाहरी कार्य एंटीना की धाराओं के ज्ञात वितरण से उसके विकिरण क्षेत्र को निर्धारित करना है। किसी बाहरी समस्या को हल करते समय, सुपरपोज़िशन विधि का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें एंटीना को प्राथमिक रेडिएटर्स में विभाजित करना और बाद में फ़ील्ड का योग शामिल होता है।

एंटीना को डिजाइन करने का कार्य संरचना के ज्यामितीय आकार और आयामों को ढूंढना है जो इसके आवश्यक कार्यात्मक गुणों को सुनिश्चित करते हैं। ऐन्टेना डिज़ाइन (संश्लेषण) समस्याओं का समाधान संभव है:

विशिष्ट प्रकार के एंटेना के विश्लेषण के परिणामों और क्रमिक सन्निकटन की विधि को लागू करके, अर्थात्, इस प्रकार प्राप्त ज्ञात एंटेना के नए संस्करणों की विद्युत विशेषताओं की तुलना के साथ मापदंडों (पैरामीट्रिक अनुकूलन चरण) को बदलकर;

प्रत्यक्ष संश्लेषण के माध्यम से, अर्थात्, पैरामीट्रिक अनुकूलन चरण को दरकिनार करते हुए। इस मामले में, एंटीना डिज़ाइन कार्यों को दो उपकार्यों में विभाजित किया गया है:

शास्त्रीय संश्लेषण समस्या;

रचनात्मक संश्लेषण का कार्य.

पहले में ऐन्टेना उत्सर्जक पर वर्तमान (या क्षेत्र) के आयाम-चरण वितरण का वर्णन शामिल है, जो एंटेना के निर्दिष्ट कार्यात्मक गुण प्रदान करता है। इस उपकार्य का समाधान अभी तक एंटीना के डिज़ाइन को निर्धारित नहीं करता है, यह केवल इसके वितरण की आवश्यकताओं को निर्धारित करता है;

दूसरे का उद्देश्य ऐन्टेना उत्सर्जक पर वर्तमान (या क्षेत्र) के दिए गए आयाम-चरण वितरण के आधार पर ऐन्टेना की संपूर्ण ज्यामिति का पता लगाना है। यह समस्या पहले की तुलना में बहुत अधिक जटिल है और संरचनात्मक रूप से अस्पष्ट है, इसे अक्सर लगभग हल किया जाता है;

हालाँकि, कुछ प्रकार के एंटेना के लिए, रचनात्मक संश्लेषण का एक कठोर सिद्धांत विकसित किया गया है।

ट्रांसमिटिंग एंटेना

उनकी विशेषताएं और पैरामीटर

एंटीना के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (ईएमएफ) की संरचना

प्रत्येक ऐन्टेना को एक निश्चित सीमित मात्रा में रैखिक स्थान () में केंद्रित प्राथमिक उत्सर्जकों की एक प्रणाली के रूप में माना जा सकता है, इसके ईएम क्षेत्र को ईएम क्षेत्रों के सुपरपोजिशन के रूप में माना जा सकता है जो इसके प्राथमिक उत्सर्जकों को बनाते हैं। ईएमएफ एंटीना की संरचना की पहचान करने के लिए, एक आयताकार तत्व के ईएमएफ तत्व की संरचना पर विचार करें जो कोणीय आवृत्ति के साथ सामंजस्यपूर्ण रूप से बदलता है , स्थिर मापदंडों के साथ एक रैखिक असीमित आइसोट्रोपिक माध्यम में इस तत्व के निरंतर आयाम और लंबाई के साथ वर्तमान,।

- माध्यम का पूर्ण ढांकता हुआ स्थिरांक;

ε - माध्यम का सापेक्ष ढांकता हुआ स्थिरांक;

विद्युत स्थिरांक;

- माध्यम की पूर्ण चुंबकीय पारगम्यता;

माध्यम की सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता;

चुंबकीय स्थिरांक;

- माध्यम की विशिष्ट विद्युत चालकता;

λ - तरंग दैर्ध्य।

एम - ईएमएफ अवलोकन बिंदु;

आर - बिंदु एम का रेडियल समन्वय (गोलाकार समन्वय प्रणाली के केंद्र से बिंदु एम तक की दूरी);

- बिंदु एम का अज़ीमुथल निर्देशांक;

बिंदु M का मध्याह्न निर्देशांक.

ज़ेड अक्ष के साथ स्थित हर्ट्ज़ वाइब्रेटर पर विचार करने के लिए, जिसका मध्य गोलाकार समन्वय प्रणाली के केंद्र के साथ संरेखित है, मैक्सवेल के समीकरण के समाधान का रूप (1.1) है, जहां

यूनिट वैक्टर;

– विद्युत धारा का क्षण;

गोलाकार निर्देशांक, विद्युत क्षेत्र शक्ति वेक्टर के साथ ऑर्थोगोनल जटिल आयाम घटक;

, , - चुंबकीय क्षेत्र शक्ति वेक्टर के गोलाकार निर्देशांक के साथ ऑर्थोगोनल जटिल आयाम घटक;

- तरंग संख्या;

अनंत अंतरिक्ष में तरंग दैर्ध्य.

अभिव्यक्तियों से यह पता चलता है कि एक रैखिक वर्तमान तत्व का ईएमएफ अंतरिक्ष में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र शक्ति ऑर्थोगोनल की तरंगों का प्रतिनिधित्व करता है। इस मामले में, प्रत्येक तरंग के आयाम में परिवर्तन की दर वाइब्रेटर के केंद्र से बिंदु की सापेक्ष दूरी से निर्धारित होती है।

क्षेत्र के तीन क्षेत्र हैं:

सुदूर क्षेत्र क्षेत्र के लिए, अभिव्यक्तियाँ इस प्रकार हैं:

सुदूर क्षेत्र में, ईएमएफ में निम्नलिखित गुण हैं:

हवा के लिए:.

मध्यवर्ती और निकटवर्ती क्षेत्रों के क्षेत्रों में गोलाकार अनुप्रस्थ तरंग के अलावा स्थानीय प्रतिक्रियाशील क्षेत्र भी होते हैं, जिनकी तीव्रता घटते आर के साथ बहुत तेजी से बढ़ती है। इन क्षेत्रों में ईएम ऊर्जा की एक निश्चित आपूर्ति होती है, जिसे वे समय-समय पर एंटीना (एक अवधि के साथ) के साथ आदान-प्रदान करते हैं। ये फ़ील्ड ऐन्टेना इनपुट प्रतिबाधा के प्रतिक्रियाशील घटक को निर्धारित करते हैं।

ईएमएफ के गुण एंटीना के कार्यात्मक गुणों को निर्धारित करते हैं, और निकट और मध्यवर्ती ईएमएफ के गुण कार्यात्मक गुणों और एंटेना के ब्रॉडबैंड की स्थिरता को निर्धारित करते हैं।

सुदूर ईएमएफ क्षेत्र को अक्सर उत्सर्जन क्षेत्र कहा जाता है, और निकट ईएमएफ क्षेत्र को अक्सर प्रेरण क्षेत्र कहा जाता है।

वास्तविक एंटेना के लिए, दूर, मध्यवर्ती और निकट क्षेत्र क्षेत्रों की सीमाएं एंटीना के किनारों और उसके केंद्र से अवलोकन बिंदु पर आने वाली तरंगों के चरण अंतर को ध्यान में रखते हुए निर्धारित की जाती हैं।

दूर-क्षेत्र क्षेत्र में स्वीकार्य चरण अंतर के बराबर:

दूर-क्षेत्र ईएमएफ क्षेत्र पर होगा;

मध्यवर्ती क्षेत्र क्षेत्र;

निकट क्षेत्र क्षेत्र जहां

एंटीना के केंद्र से अवलोकन बिंदु तक की दूरी;

- विकिरण करने वाले एंटीना प्रणाली का अधिकतम अनुप्रस्थ आकार।

ट्रांसमिटिंग एंटीना की मुख्य विशेषताएं और पैरामीटर

ऐन्टेना गुणों को इसमें विभाजित किया गया है:

रेडियो इंजीनियरिंग;

रचनात्मक;

संचालनात्मक;

आर्थिक;

कार्यात्मक गुण पूरी तरह से सिग्नल मापदंडों द्वारा निर्धारित होते हैं।

ट्रांसमिटिंग एंटीना की विशेषताएं और पैरामीटर:

जटिल वेक्टर दिशात्मक विशेषता

कॉम्प्लेक्स वेक्टर XNA एंटीना द्वारा उत्सर्जित तरंगों के विद्युत क्षेत्र की दिशा (ध्रुवीकरण, चरण) पर उससे समान दूरी पर (त्रिज्या आर के एक गोले की सतह पर) बिंदुओं पर निर्भरता है।

सामान्य तौर पर, एक जटिल XNA में तीन कारक होते हैं:

ऐन्टेना द्वारा उत्सर्जित तरंग के क्षेत्र के अवलोकन बिंदु के गोलाकार निर्देशांक कहां हैं।

आयाम मेंहदी

आयाम XNA एंटीना से समान दूरी पर स्थित बिंदुओं पर उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय तरंग की तीव्रता के आयाम की दिशा पर निर्भरता है।

सामान्यीकृत आयाम CNA को आमतौर पर माना जाता है:

,

वह दिशा कहां है जिसमें आयाम CNA मान अधिकतम है।

एंटीना विकिरण पैटर्न (एपीपी)

ऐन्टेना विकिरण पैटर्न दिशा या उसके लंबवत से गुजरने वाले विमानों द्वारा आयाम XNA का एक खंड है।

सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला अनुभाग परस्पर ओर्थोगोनल विमानों द्वारा होता है।

विकिरण पैटर्न में एक लोब संरचना होती है। पंखुड़ियों की विशेषता आयाम और चौड़ाई है।

निचले लोब की चौड़ाई वह कोण है जिसके भीतर लोब का आयाम अनुमेय निर्दिष्ट सीमा के भीतर बदलता है।

पंखुड़ियाँ हैं:

मुख्य पंखुड़ी;

पार्श्व पंखुड़ियाँ;

पीछे की पंखुड़ी.

पंखुड़ियों की चौड़ाई शून्य या अधिकतम शक्ति के आधे के स्तर से निर्धारित होती है।

फ़ील्ड के अनुसार = 0.707;

शक्ति से = 0.5;

लघुगणकीय पैमाने पर = -3 डीबी.

शक्ति के संदर्भ में सामान्यीकृत आयाम CNA संबंध द्वारा क्षेत्र में आयाम CNA से संबंधित है:

नीचे की छवि के लिए, ध्रुवीय और आयताकार समन्वय प्रणालियों और तीन प्रकार के पैमाने का उपयोग किया जाता है:

रैखिक (क्षेत्र भर में);

द्विघात (शक्ति);

लघुगणक

चरण मेंहदी

चरण XNA एक निश्चित समय पर मूल बिंदु से समान दूरी पर सुदूर क्षेत्र क्षेत्र में एक हार्मोनिक विद्युत चुम्बकीय तरंग के चरण की दिशा पर निर्भरता है।

संदर्भ:

ऐन्टेना का चरण केंद्र अंतरिक्ष में एक बिंदु है जिसके सापेक्ष सुदूर क्षेत्र में चरण मान दिशा पर निर्भर नहीं करता है और अचानक बदल जाता है जब एक एचएनए पंखुड़ी से दूसरे में जा रहा हो।

गोलाकार तरंग उत्सर्जित करने वाले विद्युत चुम्बकीय तरंग के एक बिंदु स्रोत के लिए, समान चरणों की सतह में एक गोले का आकार होता है।

ध्रुवीकरण HNA

विद्युत चुम्बकीय तरंग की विशेषता ध्रुवीकरण होती है।

ध्रुवीकरण ई वेक्टर का स्थानिक अभिविन्यास है, जिसे एक दोलन के दौरान सुदूर क्षेत्र में किसी भी निश्चित बिंदु पर माना जाता है।

सामान्य स्थिति में, अंतरिक्ष में किसी निश्चित बिंदु पर दोलन की एक अवधि के दौरान वेक्टर ई का अंत एक दीर्घवृत्त का वर्णन करता है, जो तरंग प्रसार (ध्रुवीकरण दीर्घवृत्त) की दिशा के लंबवत एक विमान में स्थित होता है।

ध्रुवीकरण की विशेषता है:

दीर्घवृत्त पैरामीटर;

दीर्घवृत्त का स्थानिक अभिविन्यास;

वेक्टर ई के घूर्णन की दिशा.

एंटीना विकिरण प्रतिरोध

ऐन्टेना का विकिरण प्रतिरोध ऐन्टेना के आस-पास के स्थान का तरंग प्रतिरोध है, जो इसके द्वारा इनपुट में स्थानांतरित किया जाता है, या इसे खिलाने वाले वेवगाइड के किसी भी अनुभाग में, जहां कुल वर्तमान की अवधारणा का अर्थ है और इसे परिभाषित किया जा सकता है।

विकिरण प्रतिरोध की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

एस एस ,

जहां I एंटीना के किसी दिए गए स्थान पर या उसे फीड करने वाली दो-तार लाइन पर कुल करंट का मान है, जो फीडिंग खोखले वेवगाइड के बराबर है।

ऐन्टेना इनपुट प्रतिबाधा

ऐन्टेना इनपुट प्रतिबाधा ऐन्टेना इनपुट टर्मिनलों पर हार्मोनिक वोल्टेज और धाराओं के जटिल आयामों का अनुपात है।

ऐन्टेना इनपुट प्रतिबाधा ऐन्टेना को आपूर्ति लाइन के लिए लोड के रूप में चित्रित करती है।

यह पैरामीटर मुख्य रूप से रैखिक एंटेना के लिए उपयोग किया जाता है, अर्थात। एंटेना जिनके इनपुट वोल्टेज और धाराओं का स्पष्ट भौतिक अर्थ होता है और उन्हें मापा जा सकता है।

माइक्रोवेव एंटेना के लिए, उनके इनपुट वेवगाइड के क्रॉस-सेक्शनल आयाम आमतौर पर निर्दिष्ट होते हैं।

ऐन्टेना दक्षता (दक्षता)

एंटीना द्वारा आसपास के स्थान पर संचरण की दक्षता निर्धारित करता है।

हानि प्रतिरोध

संदर्भ:

जैसे-जैसे एफ बढ़ता है, एंटीना दक्षता लंबी तरंगों पर कुछ प्रतिशत से बढ़कर माइक्रोवेव आवृत्तियों पर 95-99% तक बढ़ जाती है।

विद्युत शक्ति और एंटीना ऊंचाई

किसी एंटीना की विद्युत शक्ति उसकी संरचना या वातावरण में ढांकता हुआ के विद्युतीय विघटन के बिना अपने कार्य करने की एंटेना की क्षमता है, जब उसके इनपुट पर आने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग शक्ति बढ़ जाती है।

मात्रात्मक रूप से, ऐन्टेना की विद्युत शक्ति को अधिकतम अनुमेय शक्ति और संबंधित महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र की शक्ति की विशेषता होती है, जिस पर ब्रेकडाउन शुरू होता है।

एंटीना की ऊंचाई

एंटीना की ऊंचाई, आसपास के वातावरण में विद्युतीय व्यवधान के बिना अपने कार्य करने की एंटेना की क्षमता है, जब किसी दिए गए संचारित शक्ति पर इस एंटीना की ऊंचाई बढ़ जाती है।

संदर्भ:

बढ़ती ऊंचाई के साथ, विद्युत शक्ति पहले कम हो जाती है, 40-100 किमी की ऊंचाई पर न्यूनतम तक पहुंच जाती है, और फिर फिर से बढ़ जाती है।

एंटीना संचालन आवृत्ति रेंज

एफ अधिकतम से एफ मिनट तक आवृत्ति अंतराल, जिसके भीतर एंटीना का कोई भी पैरामीटर और विशेषता तकनीकी विशिष्टताओं में निर्दिष्ट सीमा से आगे नहीं जाती है।

आमतौर पर, सीमा उस पैरामीटर द्वारा निर्धारित की जाती है जिसका मान, जब आवृत्ति बदलती है, दूसरों से पहले अनुमेय सीमा से बाहर हो जाती है। अक्सर, यह पैरामीटर एंटीना का इनपुट प्रतिबाधा बन जाता है।

एंटीना की रेंज गुणों का मात्रात्मक अनुमान बैंडविड्थ और ट्रांसमिशन है:

अक्सर सापेक्ष बैंडविड्थ का उपयोग करें

एंटेना को इसमें विभाजित किया गया है:

दिशात्मक गुणांक (डीसी)

किसी दिए गए दिशा में एंटीना का दिशात्मक गुणांक एक संख्या है जो दर्शाती है कि सुदूर क्षेत्र में एक निश्चित बिंदु पर विचाराधीन दिशा में पोयंटिंग वेक्टर का मान उसी बिंदु पर पोयंटिंग वेक्टर के मान से कितनी बार भिन्न होता है यदि हम प्रश्नगत एंटीना को बिल्कुल सर्वदिशात्मक (आइसोट्रोपिक) एंटीना से बदलें, बशर्ते कि उनकी विकिरणित शक्तियां समान हों।

संदर्भ:

आमतौर पर, अधिकतम ऐन्टेना दक्षता मान इसके अधिकतम विकिरण की दिशा में इंगित किया जाता है।

वाइब्रेटर: KND=0.5;

अर्ध-तरंग सममित वाइब्रेटर: KND=1.64;

हॉर्न एंटीना: केएनडी;

मिरर एंटीना: केएनडी;

अंतरिक्ष यान एंटेना: केएनडी;

दक्षता कारक की ऊपरी सीमा के लिए सीमक तकनीकी विनिर्माण त्रुटियां और परिचालन स्थितियों का प्रभाव है।

वास्तविक एंटेना की अधिकतम दक्षता का न्यूनतम मान हमेशा >1 होता है, क्योंकि पूर्णतः सर्वदिशात्मक एंटेना नहीं हैं।

दिशात्मकता कारक क्षेत्र में सामान्यीकृत आयाम XNA से संबंधित है:

,

कहाँ – ऐन्टेना के अधिकतम विकिरण की दिशा में दिशात्मकता का अधिकतम मान, जिसमें .

केएनडी शो यह शक्ति में वह लाभ है जो एक दिशात्मक एंटीना के उपयोग से मिलता है, लेकिन इसमें थर्मल नुकसान को ध्यान में नहीं रखा जाता है।

कं उह एंटीना लाभ

किसी दिए गए दिशा में एंटीना का लाभ एक संख्या है जो दिशात्मक एंटीना का उपयोग करने से शक्ति में होने वाले लाभ को दर्शाता है, जिसमें गर्मी के नुकसान को ध्यान में रखा जाता है:

समतुल्य आइसोट्रोपिक रूप से विकिरणित शक्ति

समतुल्य आइसोट्रोपिक रूप से विकिरणित शक्ति एंटीना को आपूर्ति की गई शक्ति और उसके लाभ के अधिकतम मूल्य का उत्पाद है।

एंटीना फैलाव गुणांक

एक एंटीना का अपव्यय कारक एक संख्या है जो पार्श्व और पीछे के लोबों के कारण विकिरणित शक्ति के अनुपात को दर्शाता है।

XNA के मुख्य लोब के कारण होने वाली शक्ति को निर्धारित करता है

प्रभावी एंटीना लंबाई

ऐन्टेना की प्रभावी लंबाई एक काल्पनिक रेक्टिलिनियर वाइब्रेटर की लंबाई है, जिसकी पूरी लंबाई के साथ एक समान वर्तमान वितरण होता है, जो अपने अधिकतम विकिरण की दिशा में, उसी मूल्य के साथ प्रश्न में ऐन्टेना के रूप में क्षेत्र की ताकत का समान मूल्य बनाता है। इनपुट पर करंट का.

विशिष्ट प्रतिबाधा वाले माध्यम में, एंटीना की प्रभावी लंबाई अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है।

परवलयिक दर्पण के संचालन के सिद्धांत पर विचार करते समय, हमने मान लिया कि एक बिंदु स्रोत इसके फोकस पर स्थित था। वास्तविक विकिरणकों के आयाम तरंग के तुलनीय होते हैं और अक्सर उससे भी बड़े होते हैं।

प्रश्न यह है कि विकिरणक को फोकस के सापेक्ष कैसे रखा जाना चाहिए? चित्र में दिखाए गए विकिरणकों के लिए कौन सा वाइब्रेटर सक्रिय या निष्क्रिय है। 43 और 44, दर्पण के फोकस में होने चाहिए?

इस प्रकार के प्रश्न हमेशा एंटीना उपकरण विकसित करने वाले इंजीनियरों के सामने आते हैं। और वे निम्नलिखित उत्तर देते हैं: दर्पण का फोकस विकिरणक के उस बिंदु से मेल खाना चाहिए, जिसे मानसिक रूप से माना जा सकता है चरण केंद्रविकिरणक, अर्थात् गोलाकार तरंगों के प्रारंभिक बिंदु के रूप में।

चरण केंद्र का स्थान प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है। अनुभव से पता चलता है कि चित्र में दिखाए गए विकिरणक। 43 और 44, चरण केंद्र सक्रिय और निष्क्रिय वाइब्रेटर के बीच स्थित है, जो पहले के कुछ करीब है। सींग फ़ीड के लिए, चरण केंद्र सींग के गले के आसपास, इसके अंदर स्थित होता है।

बशर्ते कि यदि फ़ीड का चरण केंद्र फोकस के साथ मेल नहीं खाता है, तो दो मामले संभव हैं।

सबसे पहले, हम फ़ीड-मिरर सिस्टम के अनुदैर्ध्य डिफोकसिंग के विकल्प पर विचार करेंगे, जब फ़ीड को अक्ष के साथ फोकस से एक तरफ या दूसरे में स्थानांतरित किया जाता है आस्ट्रेलिया.

आइए चित्र की ओर मुड़ें। 51 और दर्पण से परावर्तित किरणों के पथ का निर्माण करें, यह मानते हुए कि परवलय के प्रत्येक बिंदु पर रेडियो तरंग प्रकाशिकी के नियमों के अनुसार परावर्तित होती है जैसे कि किसी दिए गए बिंदु पर परवलय के स्पर्शरेखा वाले समतल दर्पण से।

यदि, जब विकिरणक को परवलयिक दर्पण के फोकस पर रखा जाता है, तो परावर्तित किरणें फोकल अक्ष के समानांतर जाती हैं आस्ट्रेलिया,तब जब विकिरणक फोकस से दूर दर्पण (बिंदु) से दूर चला जाता है में)दर्पण के प्रत्येक बिंदु पर किरणों के आपतन कोण विकिरणक के सही स्थान (j 2 > j 0) की तुलना में बढ़ जाएंगे। प्रकाशिकी के प्रसिद्ध नियम के कारण कि आपतन कोण परावर्तन कोण (j 1 = j 2) के बराबर होते हैं, दर्पण से परावर्तित किरणें एक अपसारी किरण में यात्रा करेंगी। जब विकिरणक को बिंदु पर स्थानांतरित किया जाता है ए,फोकस के पीछे स्थित होने पर परावर्तित किरणें अक्ष की ओर झुकी होंगी आस्ट्रेलिया.

चूँकि तरंग सतहें (तरंग अग्रभाग) किरणों के लंबवत होती हैं, तो दूसरे मामले में (बिंदु ए)दर्पण के उद्घाटन में तरंग का अग्रभाग समतल नहीं है, बल्कि अवतल है; पहले मामले में, तरंग अग्र भाग उत्तल हो जाता है।

दोनों ही मामलों में, तरंग मोर्चा अक्ष के बारे में सममित है आस्ट्रेलिया,इसलिए, फ़ीड स्थानांतरित होने पर ऐन्टेना का विकिरण पैटर्न भी सममित रहता है, लेकिन इसका मुख्य लोब फैलता है, पहली तरफ के लोब के साथ विलय होता है।

यदि ऐन्टेना बहुत डिफोकस है, तो मुख्य लोब विभाजित भी हो सकता है।

इसके लाभ पर ऐन्टेना एपर्चर में तरंग अग्र विकृतियों के प्रभाव की डिग्री का एक विचार चित्र में दिया गया है। 52, जो विचलन के पूर्ण मूल्य पर एक परवलयिक एंटीना के लाभ में कमी की निर्भरता को दर्शाता है, और इसके उद्घाटन के केंद्र में चरण के सापेक्ष दर्पण के किनारों पर परावर्तित तरंग का चरण दिखाता है।

इस ग्राफ में, एक आदर्श एंटीना के लाभ को एकता के रूप में लिया जाता है, जिसमें विकिरण छिद्र में एक समान आयाम वितरण के साथ एक समतल तरंग बनाई जाती है।

व्यवहार में, 1/8एल से अधिक नहीं होने वाले चरण विचलन को स्वीकार्य माना जाता है। इस मामले में एंटीना लाभ में कमी 8% से अधिक नहीं है (चित्र 52 देखें)।

विशिष्ट एंटीना नमूनों के लिए, इस आवश्यकता को विशेष डिजाइन उपायों के माध्यम से पूरा किया जाता है जो फ़ीड की गलत स्थापना की संभावना को खत्म करते हैं और साथ ही बाद की विनिमेयता सुनिश्चित करते हैं।

आइए अब विचार करें कि फ़ीड की अनुप्रस्थ गति एंटेना के दिशात्मक गुणों को कैसे प्रभावित करेगी।

यदि फ़ीड के चरण केंद्र को ऑप्टिकल अक्ष के लंबवत दिशा में फोकस से बाहर ले जाया जाता है, तो इससे दर्पण एपर्चर में तरंग मोर्चे में एक असममित परिवर्तन होगा: यह फ़ीड की शिफ्ट के विपरीत दिशा में झुक जाएगा (चित्र 53)। लेकिन चूँकि ऐन्टेना विकिरण का मुख्य अधिकतम हमेशा तरंग के अग्रभाग के लंबवत निर्देशित होता है, अनुप्रस्थ डिफोकसिंग के परिणामस्वरूप, विकिरण पैटर्न का मुख्य अधिकतम तरंग झुकाव कोण के बराबर कोण से घूमेगा।

उसी समय, मुख्य पंखुड़ी स्वयं कुछ हद तक विकृत हो जाती है। इस विकृति की डिग्री इस बात से निर्धारित होगी कि विकिरणक फोकस से कितनी दूर चला गया है।

जब फ़ीड को अनुप्रस्थ रूप से स्थानांतरित किया जाता है तो विकिरण पैटर्न के मुख्य लोब की दिशा बदलने की इस संपत्ति का व्यापक रूप से बीम को स्विंग (स्कैनिंग) करने के लिए रडार में उपयोग किया जाता है।

परवलयिक एंटेना की एक संक्षिप्त जांच को समाप्त करते हुए, हम बताते हैं कि उनके एपर्चर में सममित और असममित चरण विकृतियां न केवल फ़ीड के डीफोकसिंग के कारण हो सकती हैं, बल्कि परवलयिक से दर्पण प्रोफ़ाइल के विचलन के कारण भी हो सकती हैं। क्षेत्र विकृतियों का स्रोत स्वयं फ़ीड स्रोत भी हो सकता है यदि इसका तरंग अग्रभाग गोलाकार से भिन्न हो।

परिचालन स्थितियों के तहत, इन सभी विकृतियों का कारण या तो दर्पण और विकिरणक को यांत्रिक क्षति हो सकता है, या सर्दियों में वर्षा हो सकती है।

दर्पण और विकिरणक पर बर्फ और बर्फ का निर्माण, एक नियम के रूप में, किरणों के परिकलित पथ को बदल देता है और विद्युत रूप से दर्पण प्रोफ़ाइल की वक्रता या विकिरणक के डिफोकसिंग के बराबर हो जाता है। इसलिए, आपको एंटेना के संचालन के लिए सभी नियमों का सावधानीपूर्वक पालन करना चाहिए, जो आमतौर पर विशिष्ट उपकरणों के लिए निर्देशों और मैनुअल में निर्धारित होते हैं। आख़िरी टिप्पणी, निस्संदेह, सभी प्रकार के एंटेना पर लागू होती है।

यू. आई. चोनी - पीएच.डी., एसोसिएट प्रोफेसर, कज़ान नेशनल रिसर्च टेक्निकल यूनिवर्सिटी के नाम पर। एक। टुपोलेव - काई
ईमेल: [ईमेल सुरक्षित]

एंटीना के स्थानीय चरण केंद्र (एलपीसी) के निर्देशांक की गणना करने की विशेषताओं पर विचार किया जाता है, जो एलपीसी की अवधारणा में अनिश्चितता की डिग्री और व्युत्क्रम त्रिकोणमितीय कार्यों की गणना करते समय चरण कूद को खत्म करने की आवश्यकता से उत्पन्न होती है। यह ध्यान दिया जाता है कि एलएफसी के निर्देशांक अवलोकन की दिशा पर निर्भर करते हैं, जिसे बदलते समय, सामान्य स्थिति में, एलएफसी त्रि-आयामी अंतरिक्ष में एक सतह का वर्णन करता है, और दो-आयामी स्थिति में यह एक होडोग्राफ़ रेखा का वर्णन करता है, अक्सर एक विचित्र विन्यास का. कार्डियोइड व्यक्तिगत पैटर्न के साथ रिंग एंटीना सरणी के उदाहरणों का उपयोग करते हुए, तीन प्रकार के एल्गोरिदम के गणना परिणामों की तुलना की जाती है और एलएफसी होडोग्राफ का प्रदर्शन किया जाता है। यह दिखाया गया है कि एलएफसी को चरण सामने वक्र के वक्रता के केंद्र के रूप में गणना करने से गलत परिणाम हो सकते हैं जो भौतिक अर्थ के विपरीत हैं।

ग्रंथ सूची:

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दर्पण परावर्तक प्रणालियों (परवलयिक दर्पण) का उपयोग करके उच्च-आवृत्ति तकनीक में गणना करते समय, एंटीना (पीसीए) के चरण केंद्र को खोजने का कार्य हमेशा उठता है, क्योंकि दर्पण का सही संचालन केवल तभी संभव है जब फोकस पर एक एंटीना हो (जिसे फीडर, फीडहॉर्न कहा जाता है) जिसमें एक गोले के रूप में एक चरण तरंग मोर्चा होता है, और इस गोले का केंद्र दर्पण के फोकस पर होता है। किसी भी विचलन के लिए, गोले से चरण के मोर्चे का आकार और दर्पण के फोकस से पीसीए का विस्थापन, दर्पण प्रणाली की दक्षता कम हो जाती है क्योंकि इसका दिशात्मक पैटर्न विकृत हो जाता है।

यद्यपि एफसीए की खोज का विषय रोजमर्रा की जिंदगी में भी काफी प्रासंगिक है, क्योंकि पारंपरिक उपग्रह टेलीविजन एंटेना के अलावा, वाईफाई, वाईमैक्स और सेलुलर संचार (यूएमटीएस/3जी, एलटीई/4जी) के लिए परवलयिक एंटेना व्यापक हो गए हैं - फिर भी, यह विषय साहित्य में इसे खराब तरीके से कवर किया गया है और उपयोगकर्ता अक्सर चरण पैटर्न को सामान्य विकिरण पैटर्न के साथ भ्रमित कर देते हैं।

कंप्यूटर सिमुलेशन कार्यक्रमों के बारे में वीडियो में, आप कभी-कभी एफसीए की खोज करने के बारे में व्यावहारिक निर्देश पा सकते हैं, लेकिन आमतौर पर हम क्या खोज रहे हैं और हमें क्या मिलता है, इसकी न्यूनतम व्याख्या भी नहीं है।

इसलिए, इस कमी को पूरा करने के लिए हम व्यावहारिक उदाहरणों के साथ एक छोटा लेख लिखेंगे।
चरण विकिरण पैटर्नकोणीय निर्देशांक पर एंटीना द्वारा उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के चरण की निर्भरता है।
(ए.पी. पुडोवकिन, यू.एन. पानास्युक, ए.ए. इवानकोव - मूल एंटीना सिद्धांत)

चूंकि ऐन्टेना के सुदूर क्षेत्र में फ़ील्ड वैक्टर ई और एच चरण में हैं, इसलिए चरण पैटर्न ऐन्टेना द्वारा उत्सर्जित ईएमएफ के विद्युत और चुंबकीय घटकों से समान रूप से संबंधित है।
चरण पैटर्न को ग्रीक अक्षर Psi द्वारा निर्दिष्ट किया गया है:

Ψ = Ψ (θ, φ) , आर = स्थिरांक के साथ।

यदि Ψ(θ, φ) = स्थिरांक r = स्थिरांक पर, तो इसका मतलब है कि ऐन्टेना एक गोले के रूप में तरंग के चरण अग्र भाग का निर्माण करता है।

इस क्षेत्र का केंद्र, जहां समन्वय प्रणाली की उत्पत्ति स्थित है, एंटीना का चरण केंद्र (पीसीए) कहा जाता है।

ऐन्टेना का चरण केंद्र वह बिंदु है जिस पर विचाराधीन ऐन्टेना प्रणाली के समतुल्य एकल गोलाकार तरंग उत्सर्जक को उत्पादित क्षेत्र के चरण के संबंध में रखा जा सकता है।
(ड्रेबकिन ए.एल., ज़ुज़ेंको वी.एल. एंटीना-फीडर डिवाइस)

सभी एंटेना में FCA नहीं होता है. उन एंटेना के लिए जिनमें एक चरण केंद्र और उनके बीच स्पष्ट शून्य के साथ एक बहु-लोब आयाम पैटर्न होता है, आसन्न लोब में क्षेत्र चरण π (180°) से भिन्न होता है।

एक ही एंटीना के आयाम और चरण विकिरण पैटर्न के बीच संबंध को चित्रित किया गया है

वास्तविक एंटेना में, चरण केंद्र को आमतौर पर विकिरण पैटर्न के मुख्य लोब के सीमित कोणों के भीतर माना जाता है। चरण केंद्र की स्थिति उपयोग किए गए सिग्नल की आवृत्ति, एंटीना के विकिरण/रिसेप्शन की दिशा, इसके ध्रुवीकरण और अन्य कारकों पर निर्भर करती है। कुछ एंटेना में आम तौर पर स्वीकृत अर्थ में कोई चरण केंद्र नहीं होता है।

सबसे सरल मामलों में, उदाहरण के लिए एक परवलयिक एंटीना में, चरण केंद्र परवलयिक के फोकस के साथ मेल खाता है और इसे ज्यामितीय विचारों से निर्धारित किया जा सकता है। अधिक जटिल मामलों में, जैसे कि हॉर्न एंटेना, चरण केंद्र की स्थिति स्पष्ट नहीं है और उचित माप की आवश्यकता होती है।

चरण केंद्र के क्षेत्र माप बहुत श्रम-गहन हैं (विशेषकर विस्तृत आवृत्ति बैंड में)।
विद्युतचुंबकीय क्षेत्रों के सीएडी सिमुलेटरों में, एफसीए की गणना करना एक बहुत ही सरल कार्य है, लेकिन इसके लिए अभी भी कई मैन्युअल जोड़तोड़ की आवश्यकता होती है, क्योंकि यह "क्रूर बल" द्वारा किया जाता है और इसके लिए फ़ंक्शन के एक छोटे प्रारंभिक सेटअप की आवश्यकता होती है जिसे हम बलपूर्वक लागू करने जा रहे हैं।

व्यावहारिक गणना के लिए, आइए इनवर्टो, ब्लैक अल्ट्रा श्रृंखला से केयू-बैंड - एलएनबी के लिए एक वास्तविक परवलय फीडर लें।

यह फीडर इस तरह दिखता है (अनुभाग में)

एक मटर के आकार की गेंद एफसीए होगी, लेकिन हम अभी तक यह नहीं जानते हैं और हमारा काम इसकी स्थिति का पता लगाना है।

उदाहरण में हम निम्नलिखित इनपुट का उपयोग करेंगे:

गणना आवृत्ति 11538.5 मेगाहर्ट्ज (तरंग दैर्ध्य 25.982 मिमी)
- रैखिक क्षैतिज ध्रुवीकरण (Y अक्ष में)
- एंटीना स्वयं एक्स अक्ष के साथ निर्देशित होता है, अर्थात। विकिरण की मुख्य दिशा θ=90, φ=0

Ansys HFSS में पारंपरिक सुदूर क्षेत्र मापदंडों की गणना इस विकिरण पैटर्न को 3D और 2D में देती है

चरण के आधार पर विद्युत क्षेत्र (ई-फील्ड) की तीव्रता (वोल्ट/मीटर) का तात्कालिक मान

इंटीग्रल ई-फील्ड ताकत (>1 तरंग क्रांति के लिए)

ऐसे सभी सुदूर-क्षेत्र पैरामीटर, क्षेत्र माप और सीएडी सिमुलेशन दोनों में, एक अनंत क्षेत्र - अनंत क्षेत्र पर गणना की जाती है। परीक्षण के तहत एंटीना या उसके कंप्यूटर मॉडल को ऐसे क्षेत्र के केंद्र में रखा जाता है, और मापने वाली जांच ऐसे क्षेत्र की परिधि के साथ चलती है और ईएम के आयाम, ध्रुवीकरण (घटकों में से एक का आयाम) और चरण को मापती है। लहर। जांच को स्थायी रूप से ठीक किया जा सकता है और परीक्षण के तहत एंटीना को घुमाया जा सकता है।

मुख्य बात यह है कि:

दूरी हमेशा एक समान थी (अर्थात यह बिल्कुल मापने वाला गोला था)
- गोले की त्रिज्या इतनी बड़ी थी कि माप केवल अंतरिक्ष के उस क्षेत्र में किया जाता था जहां विद्युत क्षेत्र ई और चुंबकीय क्षेत्र एच के वेक्टर चरण में होते हैं, यानी। एंटीना के धातु कंडक्टरों में मौजूद चार्ज वाहकों के कारण या चार्ज किए गए ढांकता हुआ अणुओं के कारण कोई भी घटक प्रबल नहीं होता है और चरण में स्थानांतरित नहीं होता है (कोई प्रतिक्रिया नहीं होती है)।

में एन्सिस एचएफएसएससुदूर क्षेत्र मापन करने के लिए, आपको कम से कम एक अनंत क्षेत्र बनाना होगा: विकिरण -> सुदूर क्षेत्र सेटअप सम्मिलित करें -> अनंत क्षेत्र

φ और θ को हमेशा 0 से 360 तक निर्दिष्ट किया जा सकता है, लेकिन गणना पर समय बचाने के लिए, कभी-कभी अध्ययन के तहत कोण को एक निश्चित क्षेत्र तक सीमित करना तर्कसंगत होता है। 1 डिग्री का एक चरण सेट करते समय, पूरा क्षेत्र 360 * 360 = 129,600 गणना बिंदुओं पर कब्जा कर लेगा, और 0.1 डिग्री के चरण के साथ लगभग 13 मिलियन विकिरण पैटर्न की 3डी/2डी रिपोर्ट बनाने के लिए, 2-3 डिग्री का एक चरण होगा आमतौर पर पर्याप्त है (चरण 3 डिग्री के साथ 14,400 परिकलित अंक)। केवल स्लाइस विश्लेषण के लिए 1 डिग्री या उससे कम के चरण का उपयोग करना समझ में आता है

"समन्वय प्रणाली" टैब में, प्रत्येक क्षेत्र का अपना समन्वय केंद्र होना चाहिए। डिफ़ॉल्ट रूप से, प्रोजेक्ट का वैश्विक समन्वय केंद्र हमेशा वहाँ रहता है। यदि आप चाहें तो आप किसी भी संख्या में अन्य सापेक्ष निर्देशांक जोड़ सकते हैं। मॉडल ज्यामिति तत्व और कस्टम क्षेत्र "अनंत क्षेत्र" दोनों को वैश्विक समन्वय केंद्र के सापेक्ष या उपयोगकर्ता के सापेक्ष सौंपा जा सकता है। हम इसका उपयोग नीचे करेंगे.

तरंग का अपसारी चरण अग्रभाग ऊपर ई-फ़ील्ड एनीमेशन में दिखाई दे रहा था। ईएम तरंग एक फेंके गए पत्थर के कारण पानी पर बने वृत्तों के समान संकेंद्रित वृत्त बनाती है। चरण केंद्र वह बिंदु है जिस पर ऐसा पत्थर फेंका गया था। यह देखा जा सकता है कि इसकी स्थिति हॉर्न की घंटी में कहीं है, लेकिन इसकी सटीक स्थिति स्पष्ट नहीं है।

एफसीए खोज विधि इस तथ्य पर आधारित है कि हम एक अनंत दूर के गोले की सतह के साथ ई-फील्ड वेक्टर (इसके चरण) की दिशा को देखते हैं।

प्रदर्शन के लिए, हम 4 लैम्ब्डा की त्रिज्या वाले एक गोले पर ई-फील्ड वैक्टर के साथ 2 एनिमेशन बनाएंगे (यह एक अनंत क्षेत्र नहीं है, लेकिन ड्राइंग के सर्वोत्तम पैमाने के लिए यह त्रिज्या काफी है)।

पहले एनीमेशन में, गोले का केंद्र बिल्कुल एफसीए में स्थित है

दूसरे एनिमेशन में, केंद्र को प्रोजेक्ट बिंदु 0, 0, 0 पर रखा गया है (आगे देखते हुए, मान लें कि यह FCA से 25.06 मिमी पीछे है)

पहले गोले की सतह पर (यह घुमावदार है, यह समतल नहीं है) यह स्पष्ट है कि सदिश समकालिक रूप से चलते हैं। उनका आयाम (परिमाण) अलग है, क्योंकि ऐन्टेना पैटर्न का केंद्र में अधिकतम (14.4 डीबीआई तक) होता है जो ±20° के कोण पर 2 (-3 डीबी) के कारक से आसानी से फीका पड़ जाता है।

हमें रंग/लंबाई में नहीं, बल्कि वेक्टर की दिशा में रुचि है। ताकि वे सभी समकालिक रूप से (चरण में) आगे बढ़ें।

पहले एनीमेशन में, सभी वेक्टर समकालिक रूप से चलते हैं, जैसे कि गेंद दाएं और बाएं घूम रही हो।

दूसरे एनीमेशन में, वेक्टर अतुल्यकालिक हैं, कुछ ने पहले ही गति की दिशा बदल दी है, अन्य ने अभी तक नहीं बदली है। इस गोले की सतह लगातार सतही तनाव/खिंचाव से गुजर रही है।

पहला क्षेत्र एफसीए में स्थित है, दूसरा एफसीए में नहीं है।

इस पद्धति का उपयोग करके पीसीए की खोज करने का कार्य अनंत क्षेत्र को छोटे कदमों से तब तक स्थानांतरित करना है जब तक कि इस क्षेत्र के उस क्षेत्र में चरण फैल न जाए जिसमें हमारी रुचि है (हम केवल मुख्य विकिरण लोब में रुचि रखते हैं) न्यूनतम (आदर्श रूप से शून्य)।

लेकिन क्रूर बल पर आगे बढ़ने से पहले, आइए पहले यह पता लगाएं कि एचएफएसएस में चरण पैटर्न कैसे प्रदर्शित किए जा सकते हैं।

सुदूर फ़ील्ड रिपोर्ट "परिणाम -> सुदूर फ़ील्ड रिपोर्ट बनाएं" में हम या तो एक पारंपरिक आयताकार प्लॉट (आयताकार प्लॉट) या एक 2डी गोलाकार प्लॉट (विकिरण पैटर्न) प्रदर्शित कर सकते हैं जहां एक अक्ष के साथ (उदाहरण के लिए एक्स) हम निर्भरता प्रदर्शित कर सकते हैं कोणीय निर्देशांक (उदाहरण के लिए θ), और Y अक्ष के साथ - इन कोणों पर चरण मान θ।

हमें जिस रिपोर्ट की आवश्यकता है वह है rE - "विकिरणित E फ़ील्ड"।
एक अनंत गोले पर प्रत्येक कोण [φ, θ] के लिए, विद्युत क्षेत्र की जटिल संख्या (वेक्टर) की गणना की जाती है।

पारंपरिक आयाम ग्राफ़ (दिशात्मक पैटर्न, दिशा में विकिरण शक्ति का वितरण) का निर्माण करते समय, हम इस क्षेत्र के आयाम (मैग) में रुचि रखते हैं, जिसे या तो मैग (आरई) के रूप में या तुरंत अधिक सुविधाजनक चर लाभ (द) का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। शक्ति उत्तेजना बंदरगाह पर शक्ति के सापेक्ष और आइसोट्रोपिक उत्सर्जक के सापेक्ष दी जाती है)।

चरण पैटर्न का निर्माण करते समय, हम ध्रुवीय संकेतन (डिग्री में) में एक जटिल संख्या (वेक्टर चरण) के काल्पनिक भाग में रुचि रखते हैं। ऐसा करने के लिए, गणितीय फ़ंक्शन ang_deg (कोण_में_डिग्री) या cang_deg (संचित_कोण_में_डिग्री) का उपयोग करें

एलएनए इनवर्टो ब्लैक अल्ट्रा एंटीना के लिए, क्षैतिज उत्तेजना ध्रुवीकरण (आरईवाई) के साथ एक्सजेड विमान (φ=0) में चरण पैटर्न का निम्न रूप है

कोण थीटा=90 आगे विकिरण है, थीटा=0 ऊपर, थीटा=180 नीचे।

मान ang_deg-180 से +180 तक भिन्न होता है, 181° का कोण -179° का कोण होता है, इसलिए ±180° बिंदुओं से गुजरते समय ग्राफ़ में आरी का आकार होता है।

मान cang_degयदि चरण परिवर्तन की दिशा स्थिर है तो संचय करें। यदि चरण ने 3 पूर्ण चक्कर लगाए हैं (6 बार 180° पार किया है), तो संचित मान 1070° तक पहुंच जाता है।

जैसा कि लेख की शुरुआत में लिखा गया था, एंटेना के चरण और आयाम पैटर्न आमतौर पर एक दूसरे से जुड़े होते हैं। आसन्न आयाम लोब (बीम) में, चरण 180° तक भिन्न होते हैं।

आइए चरण (लाल/हल्का हरा) और आयाम (बैंगनी) ग्राफ़ को एक दूसरे के ऊपर रखें

आयाम पैटर्न पर कूबड़ स्पष्ट रूप से चरण विराम का अनुसरण करते हैं, जैसा कि किताबों में लिखा गया है।

हम केवल मुख्य विकिरण लोब के भीतर, अंतरिक्ष के एक निश्चित क्षेत्र में चरण के मोर्चे में रुचि रखते हैं (शेष लोब अभी भी परवलयिक दर्पण के पीछे चमकते हैं)।

इसलिए, हम ग्राफ़ को केवल सेक्टर 90 ±45° (45-135°) तक सीमित रखेंगे।

आइए ग्राफ़ में मार्कर MIN (m1) और MAX (m2) जोड़ें, जो अध्ययन के तहत क्षेत्र में सबसे बड़ा चरण फैलाव दिखाते हैं।

इसके अलावा, हम एक गणितीय फ़ंक्शन pk2pk() जोड़ेंगे जो स्वचालित रूप से संपूर्ण चार्ट पर न्यूनतम और अधिकतम की खोज करता है और अंतर दिखाता है।

उपरोक्त ग्राफ़ में, अंतर m2-m1=pk2pk= 3.839 ° है

एफसीए की खोज का कार्य अनंत क्षेत्र को छोटे चरणों के साथ तब तक स्थानांतरित करना है जब तक कि फ़ंक्शन pk2pk(cang_deg(rE)) का मान कम से कम न हो जाए।

अनंत क्षेत्र को स्थानांतरित करने के लिए, आपको एक और अतिरिक्त समन्वय प्रणाली बनाने की आवश्यकता है: मॉडलर -> समन्वय प्रणाली -> बनाएं -> सापेक्ष सीएस -> ऑफसेट

चूँकि हम निश्चित रूप से जानते हैं कि एक सममित हॉर्न के लिए PCA X अक्ष (Z=Y=0) पर स्थित होगा, तो Z और Y के लिए हम 0 सेट करते हैं, और यह केवल X अक्ष के साथ चलेगा, जिसके लिए हम असाइन करते हैं वैरिएबल पॉज़ (0 मिमी के प्रारंभिक मान के साथ)

क्रूर बल प्रक्रिया को स्वचालित करने के लिए, आइए एक अनुकूलन कार्य बनाएं।
ऑप्टिमेट्रिक्स -> जोड़ें -> पैरामीट्रिक, और 0 से 100 मिमी की सीमा में वेरिएबल चरण पॉज़ को 1 मिमी पर सेट करें

"बुकमार्क" में गणना -> सेटअप गणना"रिपोर्ट प्रकार "फ़ार फ़ील्ड" और फ़ंक्शन pk2pk(cang_deg(rEY)) का चयन करें। "रेंज फ़ंक्शंस" बटन में, -45 से +45 डिग्री (या रुचि का कोई अन्य) तक की सीमा निर्दिष्ट करें।

आइए लॉन्च करें पैरामीट्रिकसेटअप1 -> विश्लेषण करें.

गणना काफी तेजी से की जाती है, क्योंकि सभी दूर-क्षेत्र की गणनाएँ पोस्ट-प्रोसेसिंग हैं और मॉडल को फिर से हल करने की आवश्यकता नहीं है।

कैलकुलेशन पूरा करने के बाद क्लिक करें ParametricSetup1 -> विश्लेषण परिणाम देखें.

हम X=25mm की दूरी पर एक स्पष्ट न्यूनतम देखते हैं

उच्च सटीकता के लिए, हम पैरामीट्रिक विश्लेषण को 0.01 मिमी की वृद्धि में 25.0-25.1 मिमी की सीमा में संपादित करते हैं

हमें X=25.06 मिमी पर स्पष्ट न्यूनतम मिलता है

यह देखने के लिए कि मॉडल में एफसीए कहां है, आप गोले (गैर-मॉडल) या बिंदु बना सकते हैं।

यहां, बिंदु X = 25.06 मिमी पर, 2 गोले रखे गए हैं (2 और 4 लैम्ब्डा की त्रिज्या के साथ)

यहाँ एनीमेशन में भी वही बात है

यहां बिंदु X=25.06 पर एक विमान और एक मटर का नज़दीक से चित्र दिया गया है

एक आम ग़लतफ़हमी यह है कि एचएफएसएस (और सीएसटी जैसे अन्य प्रोग्राम) में, जब आप एंटीना ज्यामिति पर एक 3डी प्लॉट को ओवरले करते हैं, तो प्लॉट स्वचालित रूप से एफसीए में रखा जाता है।

दुर्भाग्य से, ऐसा नहीं है. एक 3डी प्लॉट हमेशा समन्वय प्रणाली के केंद्र में लगाया जाता है जिसका उपयोग उस प्लॉट के लिए "अनंत क्षेत्र" सेट करने के लिए किया जाता था। यदि डिफ़ॉल्ट वैश्विक समन्वय प्रणाली का उपयोग किया गया था, तो 3D प्लॉट को 0,0,0 पर रखा जाएगा (भले ही एंटीना स्वयं बहुत दूर हो)।

ग्राफ़ को संयोजित करने के लिए, 3डी प्लॉट सेटिंग्स में आपको "अनंत क्षेत्र" (एक और बनाएं) का चयन करना होगा, जिसके लिए "सापेक्ष सीएस" एफसीए बिंदु पर सेट किया गया है जिसे हमने मैन्युअल रूप से पाया था।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऐसा ओवरलैप केवल अध्ययन के तहत क्षेत्र के लिए सच होगा (उदाहरण के लिए, पैटर्न का मुख्य बीम), साइड और रियर लोब में एफसी एक अलग जगह पर स्थित हो सकता है या गैर-गोलाकार हो सकता है।

यह भी ध्यान दें कि अनंत क्षेत्र सेटिंग्स का विकिरण सीमा सीमा स्थिति से कोई लेना-देना नहीं है। रेड परत को एक आयताकार, शंकु, सिलेंडर, गेंद, क्रांति के दीर्घवृत्त के रूप में परिभाषित किया जा सकता है, और इसकी स्थिति, आकार और घूर्णन को इच्छानुसार स्थानांतरित किया जा सकता है। "अनंत क्षेत्र" की स्थिति और आकार किसी भी तरह से नहीं बदलेगा। यह हमेशा एक अनंत (पर्याप्त रूप से बड़े) त्रिज्या वाला और किसी दिए गए समन्वय प्रणाली में एक केंद्र के साथ एक गोला (गेंद) होगा।

अध्ययन के लिए LNB_InvertoblackUltra.aedt मॉडल फ़ाइल इस लिंक पर उपलब्ध है: https://goo.gl/RzuWxW (Google Drive)। फ़ाइल खोलने के लिए Ansys इलेक्ट्रॉनिक्स डेस्कटॉप v19 या उच्चतर आवश्यक है (कम से कम 2018.1)

नालीदार एंटीना हॉर्न के चरण केंद्र की गणना

सटीकता की दृष्टि से चरण केंद्र की गणना करना बहुत श्रमसाध्य कार्य है। चरण केंद्र का स्थान कई मापदंडों पर निर्भर करता है, जैसे ध्रुवीकरण की दिशा, स्कैनिंग कोण की दिशा और एपर्चर की चौड़ाई। इस उदाहरण में मॉडल किया गया उपकरण रैखिक ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण के साथ एक बेलनाकार नालीदार सींग है।

सटीक परिणाम प्राप्त करने के लिए सही सेटिंग्स आवश्यक हैं। ई-क्षेत्र का ध्रुवीकरण ई-प्लेन (ऊर्ध्वाधर अभिविन्यास) के साथ मेल खाता है। चित्र 2 ई-फ़ील्ड के फाई घटक को त्रि-आयामी प्रतिनिधित्व में दिखाता है। यह ध्यान दिया जा सकता है कि यह फ़ील्ड घटक क्षैतिज दिशा के साथ अच्छी तरह से परिभाषित है, जो इस मामले में एच-प्लेन है। चरण केंद्र सेटिंग्स जिसके अनुसार यह छवि प्रस्तुत की गई है, बाईं ओर उसी चित्र में दिखाई गई है। वैकल्पिक रूप से, यदि ई-प्लेन का चयन किया जाता है, तो ई-फ़ील्ड के थीटा घटक का चयन किया जाना चाहिए। ध्यान दें कि ई और एच फ़ील्ड के चरण केंद्र एक दूसरे से भिन्न हैं।

चित्र 2 - एच-प्लेन में फ़ील्ड स्कैनिंग दिशा निर्धारित करना

जब सीएसटी एमडब्ल्यूएस पोस्टप्रोसेसर किसी दिए गए डिवाइस के क्षेत्र की गणना करता है, तो चरण ग्राफ़ का निर्माण त्रि-आयामी प्रारूप और एक निश्चित दिशा दोनों में किया जा सकता है। पोस्टप्रोसेसर द्वारा खपत की गई बिजली को इस तथ्य से समझाया जाता है कि गणना इस तथ्य को ध्यान में रखती है कि क्षेत्र की उत्पत्ति को बदला जा सकता है। इस सुविधा का उपयोग प्रारंभिक फ़ील्ड निर्देशांक को परिकलित चरण केंद्र के स्थान पर समायोजित और/या सेट करने के लिए किया जाता है। इस मामले में, चरण परिवर्तन 2डी में और एक विशिष्ट एपर्चर कोण के लिए प्रदर्शित किया जाएगा। चित्र 3 दिखाता है कि फ़ील्ड केंद्र को तीन अलग-अलग स्थितियों में कैसे सेट किया जाता है - चरण केंद्र स्थान, साथ ही पूर्ण हॉर्न लंबाई का +/- 5% (z-अक्ष ऑफसेट)।

चित्र 3 - तीन अलग-अलग फ़ील्ड मूल स्थान

चित्र 4 पहले चर्चा किए गए तीन अलग-अलग फ़ील्ड मूल स्थानों के लिए त्रि-आयामी ई-फ़ील्ड प्लॉट दिखाता है। मध्य ग्राफ़ क्षैतिज दिशा के साथ सबसे छोटा चरण परिवर्तन दिखाता है। चरण परिवर्तन का अधिक दृश्य प्रतिनिधित्व चित्र 5 में दिखाया गया है, जिसमें चरण को एच-प्लेन के साथ दर्शाया गया है। चरण ढलान एक संकेतक है कि चरण केंद्र सिमुलेशन में स्थापित किया गया है और/या एंटीना को वास्तविक माप सेटअप में पुन: संरेखित किया गया है।

चित्र 4 - बाएँ से दाएँ: चरण केंद्र +5%, केंद्र में और -5% स्थानांतरित हुआ

चित्र 5 - एच-प्लेन के साथ चरण परिवर्तन

चरण केंद्र की स्थिति विचारित एपर्चर कोण के अनुसार बदलती है। एपर्चर कोण जितना छोटा होगा, चरण केंद्र के स्थान में परिवर्तन उतना ही कम होगा। यह तथ्य चित्र 6 में दिखाया गया है। फिर से, ध्यान दें कि ई और एच विमानों में चरण केंद्र का अनुमान अलग-अलग है। चरण केंद्र (चित्र 7) निर्धारित करने की सटीकता के लिए मानक विचलन एक और मानदंड है।

चित्र 6 - एपर्चर कोण पर चरण केंद्र की निर्भरता

चित्र 7 - एपर्चर कोण जितना छोटा होगा, मानक विचलन उतना ही छोटा होगा

सिद्धांत और व्यवहार की तुलना

दो अलग-अलग आवृत्तियों (औसत आवृत्ति के सापेक्ष +/- 2%) पर, चरण केंद्र की गणना की गई थी। ध्रुवीकरण ई-प्लेन में है. एंटीना एच-प्लेन (एज़िमुथल) में घूमता है। चरण-ढलान बनाम स्कैन कोण के आधार पर एंटीना को उसके प्रसार अक्ष के साथ थोड़ा सा स्थानांतरित किया जाता है और एक सपाट चरण मिलने तक फिर से मापा जाता है। चित्र 8 चरण केंद्रों के वास्तविक स्थानों को दर्शाता है। और चित्र 9 वही चित्र दिखाता है, लेकिन बड़े रूप में। जैसा कि देखा जा सकता है, मॉडलिंग से प्राप्त मूल्य व्यावहारिक डेटा से काफी मेल खाते हैं।

चित्र 8 - नालीदार सींग के चरण केंद्रों का वास्तविक स्थान

चित्र 9 - व्यावहारिक मूल्यों से सैद्धांतिक मूल्यों का विचलन; ध्यान दें कि विभिन्न आवृत्तियों के लिए गणना किए गए चरण केंद्र का स्थान अलग-अलग है