ВВЕДЕНИЕ 6
1 ФОСТЕРОВСКИЕ СХЕМЫ 8
2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛАЯ АНТЕННА 11
3 НЕФОСТЕРОВСКИЕ ЦЕПИ 13
4 СХЕМА ЛИНВИЛЛА 14
5 ВЫБОР И ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНТЕННЫ 16
5.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛОЙ АНТЕННЫ, РАБОТАБЩЕЙ НА ЧАСТОТЕ 36 МГЦ 21
5.2 МЕТОДИКА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ С ПОМОЩЬЮ ФОТОРЕЗИСТА 21
6 ПОЛУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛОЙ АНТЕННЫ 36 МГЦ 28
7 УВЕЛИЧЕНИЕ ПОЛОСЫ АНТЕННЫ С ПОМОЩЬЮ НЕФОСТЕРОВСКОЙ ЦЕПИ НА ОСНОВЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ 33
8 ЭКВИВАЛЕНТНАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛОЙ АНТЕННЫ 36
9 УВЕЛИЧЕНИЕ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ ПРИ ПОМОЩИ ИНДУКТИВНОСТИ 39
9.1 УВЕЛИЧЕНИЕ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ ПРИ ПОМОЩИ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА 44
9.2 ИТОГИ ПО МЕТОДАМ УВЕЛИЧЕНИЯ ПОЛОСЫ ПАССИВНЫМИ МЕТОДАМИ 50
10 УВЕЛИЧЕНИЕ ПОЛОСЫ ЧАСТОТ АКТИВНЫМ МЕТОДОМ 52
10.1 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕФОСТЕРОВСКОЙ ЦЕПИ В AWR DESIGN ENVIRONMENT 12 53
10.2 ИТОГИ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛОЙ АНТЕННЫ С ПОДКЛЮЧЕННОЙ НЕФОСТЕРОВСКОЙ ЦЕПЬЮ 57
11 РЕАЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ НЕФОСТЕРОВСКОЙ ЦЕПИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛОЙ АНТЕННОЙ 36 МГЦ 58
11.1 СНЯТИЕ РЕАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИ МАЛОЙ АНТЕННЫ С НЕФОСТЕРОВСКОЙ ЦЕПЬЮ 60
12 СРАВНЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ НЕФОСТЕРОВСКОЙ ЦЕПИ ОТНОСИТЕЛЬНО РЕАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 71
В последнее время, существует большая необходимость в маленьких антеннах для беспроводных гражданских, а также военных коммуникационных систем, т.к. с развитием технологий, идёт процесс миниатюризации различных технологических устройств, другими словами предлагаются новые схемы и конструкции, которые позволяют заменить старые радиоустройства, размеры которых не актуальны в настоящее время. Примером всего выше сказанного может служить такое устройство, как “Гиратор”, которое позволяет сымитировать индуктивность, при этом размеры такого устройства будут значительно меньше обычной катушки индуктивности (в зависимости от номинала). А системы беспроводной коммуникации(антенны) не являются исключением, т.к. в зависимости от частоты, полосы рабочий частот и других особенностей, антенны могут иметь значительные размеры, поэтому к ним также стоит применять различные конструктивные и схемотехнические особенности для миниатюризации.
Относительно недавно спросом стали пользоваться антенны, размеры которых намного меньше, чем длина волны или, когда максимальный размер антенны, который измерен от входа до выхода, не превышает 12.5% от длины волны, такие антенны называют электрически малыми(ЕМА).
Благодаря электрически малым антеннам пропадает проблема миниатюризации беспроводных коммуникационных систем, но появляется другая – узкая рабочая полоса частот. Такие антенны имеют высокую добротность, а значит согласовать такую антенну традиционными методами, такими как: последовательно включенная индуктивность, или с помощью колебательного контура, возможно только в узкой полоса частот, а попытки согласовать электрически малую антенну в широкой полосе, используя эти методы, будут неэффективными, согласно Фано. Для такого случая были придуманы “Нефостеровские цепи”, которые позволяют увеличить полосы частот электрически малой антенны. Эти цепи способны создать емкость с отрицательным знаком, тем самым компенсируя емкостное реактивное сопротивление электрически малой антенны. Основной “Нефостеровских цепей” является конвертор отрицательного сопротивления (КОС).
В данной работе будет следующее:
а) разработка электрически малой антенны;
б) снятие характеристик электрически малой антенны;
в) исследование традиционных методов увеличения полосы рабочих частот (индуктивностью и с помощью колебательного контура);
г) разработка “Нефостеровской цепи”;
д) экспериментальное тестирование “Нефостеровской цепи” на электрички малой антенне.
В данной работе был исследован метод увеличения полосы частот с помощью нефостеровской цепи, а также пассивные методы увеличения полосы:
а) с помощью индуктивности;
б) с помощью колебательных контуров.
Главная задача данной выпускной квалификационной работы – создание отрицательной емкости, чтобы компенсировать реактивную составляющую входного сопротивления электрически малой антенны. Как показали результаты теоретических и реальных исследований ЭМА с нефостеровской цепью, задача была выполнена успешно.
Активный метод согласования в несколько раз эффективнее, чем пассивный. Анализ результатов показал, что нефостеровская цепь увеличила полосу электрически малой антенны в 60,347 раз. Индуктивность увеличила полосу частот ЭМА в 1,3469 раза, что меньше активного метода в 44,08 раза. Колебательные контуры могут позволить многочастотное согласование. Чем больше контуров, тем больше частотных точек согласования. Но на практике сложно придумать ситуацию, где используются антенны с многочастотным согласованием. Кроме того, сложно обеспечить многочастотное согласование таким способом в нужных точках, так как входное сопротивление антенны и сопротивление колебательных контуров сильно влияют друг на друга. Поэтому можно сделать вывод, что пассивные методы увеличения полосы для электрически малых антенн неэффективны, особенно в сравнении активным методом.
Данную цепь следует протестировать на анализаторе спектра, чтобы узнать коэффициент передачи сигнала с передающей широкополосной антенны, которая может передавать сигнал на частотах от 10 МГц и выше. Это необходимо для того, чтобы полностью убедиться в работоспособности данной нефостеровской цепи. Если сигнал от передающей антенны сможет поступать на приемную электрически малую, которая использовалась в данной работе, с хорошим коэффициентом передачи по всем исследуемом в данной работе диапазоне частот, то можно будет уверенно сказать, что нефостеровская цепь работает правильно.
