V = gap E zdz ( 4.1B.1 ) f (z, ξ)dξ = g(z).



Vergelijkbare documenten
4.1 Wire dipole. Layer B - A wire dipole for experts

HOOFDSTUK 1 BASISBEGRIPPEN

Werkblad TI-83: Over de hoofdstelling van de integraalrekening

Inhoud college 7 Basiswiskunde

Moderne wiskunde: berekenen zwaartepunt vwo B

Het kwadraat van een tweeterm a+b. (a+b)²

In dit hoofdstuk introduceren we de hoofdrolspelers van het college: eindige automaten.

3 Snijpunten. Verkennen. Uitleg

opgaven formele structuren procesalgebra

Getallenverzamelingen

Routeplanning middels stochastische koeling

Inhoud Basiswiskunde Week 5_2

Hertentamen. Elektriciteit en Magnetisme 1. Woensdag 14 juli :00-12:00. Schrijf op elk vel uw naam en studentnummer. Schrijf leesbaar.

Integralen. DE ONBEPAALDE INTEGRAAL VAN f(x) wordt genoteerd met f(x)dx, en is de meest algemene zogenaamde primitieve van f(x) dat is:

gefragmenteerde bestanden Bestand Bestand Bestand Bestand Bestand a Bestand a Bestand a Bestand a Bestand Bestand Bestand Bestand c Bestand a

Formeel Denken. Herfst Contents

Voorbereidend Wetenschappelijk Onderwijs Tijdvak 1 Donderdag 20 mei uur

Hoofdstuk 0: algebraïsche formules

1 Theoretische achtergrond voor het schakelen van weerstanden.

Praktische Opdracht Lineair Programmeren V5

11 Wiskundige denkactiviteiten: digitale bijlage

KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN SUBFACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSWETENSCHAPPEN HUB HANDELSWETENSCHAPPEN

wiskunde B pilot vwo 2015-I

Het reëel getal b is een derdewortel van het reëel getal a c. Een getal en zijn derdewortel hebben hetzelfde toestandsteken.

Werkkaarten GIGO 1184 Elektriciteit Set

Noordhoff Uitgevers bv

MOMENT VAN EEN KRACHT KOPPEL VAN KRACHTEN

Wiskundige Analyse 1

Inhoud leereenheid 13. Integreren. Introductie 125. Leerkern 126. Samenvatting 149. Zelftoets 150

EXAMENONDERDEEL ELEKTRONISCHE INSTRUMENTATIE (5GG80) gehouden op woensdag 22 juni 2005, van tot uur.

ELEKTROMAGNETISME 1-3AA30

Primitieve en integraal

Voorbereidende opgaven Stoomcursus

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Eerste Ronde.

Platte en bolle meetkunde

Zelfstudie practicum 1

Eigenwaarden en eigenvectoren

Opdrachten bij hoofdstuk 2

Bewerkingen met eentermen en veeltermen

MEETKUNDE 2 Lengte - afstand - hoeken

Krommen en oppervlakken in de ruimte

5.1 Rekenen met differentialen

Het bepalen van een evenwichtstoedeling met behulp van het 1 e principe van Wardrop is equivalent aan het oplossen van een minimaliserings-probleem.

Vectoranalyse voor TG

Toepassingen op Integraalrekening

e f l a b t 18 k 0,25 15 c p 5 16 c p temperatuur C 18 temperatuur C

Natuurlijke getallen op een getallenas en in een assenstelsel

Bekijk onderstaand algoritme recalg. Bepaal recalg(5) en laat zien hoe u het antwoord hebt verkregen.

Examen VWO. wiskunde B1,2 (nieuwe stijl)

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Eerste Ronde.

Aanzet 1 tot een document van parate kennis en vaardigheden wiskunde 1 ste graad

Toepassingen op Integraalrekening

Digitale informatieverwerking

Voorbereidende opgaven Stoomcursus

Continuïteit en Nulpunten

Solid Mechanics (4MB00) Toets 2 versie 2

1.3 Wortels. x x 36 6 = x = 1.5 Breuken. teller teller noemer noemer. Delen: vermenigvuldig met het omgekeerde.

Pak jouw passer en maak de afstand tussen de passerpunten 3 cm.

Examen VWO. wiskunde B (pilot) tijdvak 1 woensdag 16 mei uur

ELEKTRICITEIT GELIJKSTROOMMOTOREN Technisch Instituut Sint-Jozef Wijerstraat 28, B-3740 Bilzen Versie:19/10/2005

10.8. De Laplace vergelijking. De warmtevergelijking in meerdimensionale ruimten heeft de volgende vorm :

Voorbereidende opgaven Kerstvakantiecursus

8 Kostenverbijzondering (I)

Hoofdstuk 2 DE STELLING VAN PYTHAGORAS

ANTWOORDEN EN UITWERKINGEN TENTAMEN QUANTUMMECHANICA 2 VAN 31 MEI 2011

Een regenton. W is het vlakdeel dat wordt ingesloten door de x-as, de y-as, de grafiek van r en de lijn x h, met 0 h

Henk Pijls Korteweg-de Vries Instituut voor Wiskunde Universiteit van Amsterdam

Methode symmetrische componenten, revisie 1

Reguliere Expressies en Automaten: Overzicht

Snelstartgids Access Online: Betalingen en Rapportage

6.0 INTRO. 1 a Bekijk de sommen hiernaast en ga na of ze kloppen = = = = = 2...

1a Een hoeveelheid stof kan maar op één manier veranderen. Hoe?

a = 1 b = 0 k = 1 ax + b = lim f(x) lim

Differentiatie van functies

1.3 Wortels. = a b c. x = 1.5 Breuken. teller teller. noemer noemer. Delen: vermenigvuldig met het omgekeerde.

Zwaartepunt en traagheid

1 Vlaamse Wiskunde Olympiade : Tweede Ronde.

Hoofdstuk 5: Vergelijkingen van de

Cirkels en cilinders

Inleiding Natuurwetenschappen

Bespreking Examen Analyse 1 (Juni 2007)

De tijdens de training aangeboden ski-imitaties gebruiken we zowel als middel maar ook als doel.

Ongelijkheden groep 2

Junior Wiskunde Olympiade : de tweede ronde

REKENEN MACHTEN MET. 5N4p EEBII 2013 GGHM

Correctievoorschrift VWO 2012

Werkloosheid, armoede, schooluitval en criminaliteit. Er zal veel belastinggeld nodig zijn om al die problemen op te lossen.

Hoe zichtbaar ben jij mobiel? MOBIELpakket. Oplossingen voor ondernemende kappers die kiezen

Onafhankelijk van a. f snijdt de x-as in punt A ( , 0) Voor elke positieve waarde van a is een functie f. gegeven door F ( x) = x e ax.

Uitwerking Tentamen Analyse B, 28 juni lim

Hoofdstuk 3. N gekoppelde oscillatoren. 3.1 De bewegingsvergelijkingen

7 College 30/12: Electrische velden, Wet van Gauss

1. Differentiaalvergelijkingen

Antwoorden Natuurkunde Hoofdstuk 1

WELK LICHTSCHERM MOET IK GEBRUIKEN VOOR INLOOPBEVEILIGING?

Formeel Denken 2012 Uitwerkingen Tentamen

edatenq is een toepassing die de ondernemingen de mogelijkheid biedt om hun statistische aangiften in te vullen en door te sturen via internet.

Nakomelingen van rendieren kunnen een paar uur na de geboorte al met de kudde meerennen. Zijn rendieren nestvlieders of nestblijvers?

M1 Combinatie van naar voren staande tanden met impacties en een overtallig gebitselement bij een 10-jarig meisje

Wat doen we met de vuile was?

Transcriptie:

4.1 Wire dipole Advnced theory In dit hoofdstuk introduceren we de lezer in de moment-methode erekening vn prmeters vn een wiredipole. We presenteren deze informtie in het Nederlnds in lg B zodt de lezer vertrouwd kn gerken met de Nederlndse termen die geruikt worden ij ntennes. De Engelse vertling vn dit hoofdstuk vindt men in lg A. De technische prmeters vn ntennes (versterking, ingngsimpedntie, derectivity pttern) kunnen erekend worden ls de current distriution vn het ntennedrgvlk gekend is. Spijtig genoeg geeft de erekening vn current distriution prolemen omdt er integrl vergelijkingen moeten worden opgelost. Er zijn 2 sisenderingen voor het oplossen vn integrlvergelijkingen. Deze zijn intertieve en momentopnmes. Intertive methodes zijn geseerd op de ruwe endering vn de current distriution (v.. sinus) wrdoor deze zo nuwkeuriger wordt gemkt. Anderzijds, moment methodes vormen de integrl vergelijkingen om tot een set vn prllelle lineire vergelijkingen, welke opgelost kunnen worden door mtrix ewerkingen. In dit hoofdstuk gt onze ndcht voorl nr het moment nlyse vn drdntennes. In lle gevllen worden de ntennes verondersteld om cirkelvormige cilinders te zijn met een strl en een lengte = 2h. De s vn de ntenne wordt voorgesteld door de z-s (fig. 4.1B.1) vn het cilindervormig coördinten systeem (r, ρ, z). De ntenne wordt in een vcuüm omgeving gepltst (µ = µ 0, ε = ε 0, σ = 0) en er worden geen verliezen verondersteld. Fig. 4.1B.1 Wire dipole In het centrum vn de cilinder (z=0), is er een korte opening. In deze opening veronderstellen we een hrmonische genertor welke een symmetrisch elektrisch veld genereert (fig. 4.1B.2). De spnning wordt verondersteld V = gp E zdz ( 4.1B.1 ) hier 1V te edrgen. In (4.1.B.1) is E z de z-component vn de elektrische veldintensiteit vn de ntenne oppervlkte (fig. 4.1B.2). Buiten het gt, E z is nul omwille vn de perfecte geleiding vn de cilinder. I. Moment methode Lten we een lgemene integrlvergelijking nemen. Fig. 4.1B.2 Exciting electricl field etween dipole terminls f (z, ξ)dξ = g(z). ( 4.1B.2 ) In deze formule is f een niet gekende functie, <,> is het intervl en g is een gekende functie die wordt voorgesteld door de ron. De moment oplossing vn (4.1.B.2) kn men ekomen in 3 stppen: 1. De ongekende functie f kn men herschrijven door een lineire comintie vn een gekende sisfunctie f n en een ongekende coëfficiënt c n. N f f = cn f n. n = 1 ( 4.1B.3 ) 2. De endering vn de ongekende functie f ~ is terug vervngen door de opgeloste vergelijking (4.1B.2). Hier zijn de sommtie en de integrtie verwisseld. Dit ekomt N cn f n = 1 n (z, ξ)dξ = g(z) + R(z). ( 4.1B.4 ) Hier is, R(z) het residuum welk het feit uitdrukt dt de endering f ~ niet heleml overeen komt met (4.1B.2). De vergelijking (4.1B.4) is een vergelijking voor N ntl ongekende coëfficienten c n. 3. De endering f ~ is zo nuwkeurig mogelijk ls het residuum R miniml is. Vndr dt het residuum geminimliseerd wordt door de weighted residu methode : Het produkt vn een weegfunctie w en het residuum R geintegreerd over het intervl <, > moet nul zijn [5]. Als N ntl weegfuncties worden geruikt, dn is de set vn N ntl gelijkrdige lineire vergelijkingen voor N ntl ongekende

coëfficienten c n gegeven in w m( z)r(z)dz = 0 m = 0,1,... N, ( 4.1B.5 ) N cn w m( z) f n =1 n (z, ξ)dξdz = w m( z)g(z)dz. ( 4.1B.5 ) Beide sis functies en weegfuncties moeten lineir onfhnkelijk zijn vn het intervl <,>. II. Bsis Functies Bsis functies kunnen glol of locl zijn. Glole sis functies worden fgekend op het hele geied <,>. V.., systeemfuncties zijn op <,> lineir onfhnkelijk en de coëfficienten c n in volgende endering N N f (z) f (z) = cn f n = cn cos πnz n = 1 n = 1 h ( 4.1B.7 ) f n (z) = cos πnz h ( 4.1B.6 ) heen dn etekenis op de Fourier coëfficienten vn de stroomdichtheids verdeling. Deze endering geseerd op de glole sis functies noemt men de single-sis endering. Locle sis functies worden ook fgekend op het hele geied, mr elk vn hen is niet gelijk n nul voor de deelgeieden vn het intervl <,> zols men kn zien in fig. 4.1B.3. Als sis functies worden genormliseerd, dn heen de coëfficienten c n de etekenis vn knoopwrdes vn de erekende functie f (fig. 4.1B.3). Bendering geseerd op de locle sis functies noemt men multi-sis enderingen. Fig. 4.1B.3 Multi-sis pproximtions ) piece-wise constnt, ) piece-wise liner III. Weeg functies Punt mtching en Glerkins methodes zijn de meest lgemene vormen vn residuum minimlistie. Punt mtching (of rngregeling) mken geruik vn Dirc pulsen, welke gepltst worden op pltsen wr men de ongekende wrde vn de stroom distriutie wil erekenen, zols weeg functies w m( z) = δ(z z m). ( 4.1B.8 ) Punt mtching methodes vereisen zeer weinig erekeningen omdt onze integrtie geëlimineerd wordt in (4.1B.5) dnkzij de filtering vn de Dirc pulsen N cn f n = 1 n (z m, ξ)dξ = g(z m). ( 4.1B.9 ) An de ndere knt is de minimlistie vn het residuum enkel verwnt tot de mtching points z m. In de Glerkins methode zijn weeg functies identiek n sis functies w m(z) = f m (z). ( 4.1B.10 ) Glerkins methode vertoont meer eredeneringen in vergelijking met de mtching point methode omdt een vn de integrties niet kn worden weggewerkt. Anderzijds is de residuum minimlistie hier voorgesteld voor elk punt z <,>. IV. Drd ntennes

Veronderstel de cylindervormige ntenne vn fig. 4.1B.1. Dn kn het uitgestrlde elektromgnetische veld uitgedrukt worden in een vectorpotentil A en sclir potentil φ. Deze moeten overeenkomen met niet-homogene golfvergelijkingen [2] 2 Az(z) z 2 + k 2 A z(z) = µ 0 J z(z), ( 4.1B.11 ) 2 φ(z) z 2 + k 2 φ(z) = ρ(z) ε. ( 4.1B.11 ) 0 Hier is J z de z-component vn de stroomdichtheid [A.m -2 ] opgewekt door de ron in de ntenne. ρ is het volume vn de ldingsdichtheid [C.m -3 ] in de ntenne, A z is de z-component vn het vector potentil en φ is het sclir potentil, k=2π/λ is het golfntl en λ is de golflengte. De stroom die vloeit in de ntenne veroorzkt een spnningsophoping in de cilinder. Dit verschijnsel noemt men de continuiteitsvergelijking vn de regressievergelijking [2] Jz(z) z + jωρ(z) = 0. ( 4.1B.12 ) Als de strl vn de ntenne-cilinder veel kleiner is dn de golflengte << λ dn mg men veronderstellen dt de stroom zich concentreerd in de s vn de cilinder [5], en door het oplossen vn (4.1B.11) ekomt men [2] A z(z) = µ exp[ jkr(z, ξ)] 4π I z(ξ) dξ, ( 4.1B.12 ) 2h R(z, ξ) φ(z) = 1 4πε σ(ξ) exp [ jkr(z, ξ)] dξ. ( 4.1B.12c ) 2h R(z, ξ) Hier is I z (ξ) de stroom [A] die vloeit in de s vn de cilinder, σ(ξ) is de ldingsdichtheid [C.m -1 ] in de s vn de cilinder, R(z,ξ) is de fstnd tussen de plts ξ vn de elektromgnetische veldronnen I z (ξ) en σ(ξ) en de loctie z potentiëlen A(z) en φ(z). Op sis vn A(z) en φ(z), kn de elektrische intensiteit vn de veldstrlen vn de ntenne erekend worden [2] De elektrische intensiteit moet hier gelijk zijn n de grenswrde vn het ntennedrgvlk S Es z ( z) = jωa z( z) φ(z). ( 4.1B.12d ) z E z i + Ez s = 0 on S ( 4.1B.12e ) E i z veronderstelt hier de elektrische intensiteit vn de golf. In het gevl vn een geruikelijke ntenne is E i z de intensiteit vn de voedingsron (op het ntennedrgvlk). V.. de intensiteit in het gt (fig. 4.1B.2). Als men de stroomdistriutie vn de ntenne wil erekenen, dn zl men eerste de set vn vergelijkingen (4.1B.12) moeten uitwerken. Als men de grensvoorwrden wil ereiken (4.1B.12e) zl men de elektrische intensiteit moeten erekenen op het drgvlk vn de drd. Dit is wrom de fstnd R eschreven stt ls volgt R(z, ξ) = 2 + (z ξ) 2. ( 4.1B.13 ) In de volgende prgrfen worden constnte sis functies, en Dirc weeg functies stpsgewijs geruikt voor het uitwerken vn (4.1B.12). In de eerste stp wordt de genlyseerde structuur gediscritiseerd. Opsplitsing vn ntenne is vertoont in fig. 4.1B.4. Lgere delen worden voorgesteld door een -, hogere delen door een +. Lgere delen vn het eerste segment en hogere delen vn het ltste segment zijn weggelten vn het einde vn de ntenne om zo de conditie I(-h)=I(h)=0 te ereiken. De segmentlengtes zijn = 2α. Het stpsgewijs vervngen vn constnte enderingen nr de integrl vergelijking (4.1B.12,c) ekomt Fig. 4.1B.4 Piece-wise constnt pproximtion

h+(n+0,5) A z( z) µ 4π N exp[ jkr(z, ξ)] In dξ, n = 1 R(z, ξ) h+(n 0,5) ( 4.1B.14 ) h+(n+0,5) φ(z) 1 4πε N exp[ jkr(z, ξ)] σn dξ. n =1 R(z, ξ) h+(n 0,5) ( 4.1B.14c ) I n en σ n zijn knoopwrdes vn de stroomldings dichtheid distriutie. Omdt de eerste fleiding vn de stpsgewijze constnte endering nul is voor de constnte secties en niet estt in de grensgevllen, zijn (4.1B.12) en (4.1B.12d) herschreven in termen vn eindige verschillen. In het gevl dt I n = I z (-h+n ) wordt dn verondersteld dt de continuiteitsvergelijking ls volgt kn worden uitgedrukt en de reltie voor het erekenen vn elektrische intensiteit is dn vn de vorm Iz( h+(n+1) ) Iz( h+n ) + jωσ( h + (n + 0,5) ) 0 ( 4.1B.15 ) Es φ[ h+(n+0,5) ] φ[ h+(n 0,5) ] z ( h + n ) jωaz( h + n ). ( 4.1B.15d ) De relties (4.1B.15) en (4.1B.15d) tonen on dt de Dirc pulsen voor punt mtching in het centrum vn de segmenten worden gepltst voor het vector potentil h+(n+0,5) A z( h + m ) µ 4π N exp[ jkr( h + m, ξ)] In dξ n =1 R( h + m, ξ) h+(n 0,5) ( 4.1B.15 ) en de grensen vn de segmenten voor het sclir potentil h+(n+1) φ[ h + (m + 0,5) ] 1 4πε N exp{ jkr[ h + (m + 0,5), ξ]} σn + dξ. ( 4.1B.15c ) n =1 R[ h + (m + 0,5), ξ] h+n In (4.1B.15c), σ n+ = σ [-h+(n+0.5) ]. (4.1B.15) kn men herschrijven in een compctere vorm σ n + 1 jω I n+1 I n, ( 4.1B.16 ) A z( m) µ 4π N exp[ jkr(m, ξ)] In dξ n = 1 R(m, ξ) n φ(m + ) 1 4πε N exp[ jkr(m +, ξ)] σn + n = 1 R(m + dξ,, ξ) n + ( 4.1B.16 ) ( 4.1B.16c ) In (4.1B.16d), is de rndvoorwrde (4.1B.12e) opgenomen. Ei z( m) jωa z( m) φ(m + ) φ(m ). ( 4.1B.16d ) Lten we nu een kijkje nemen op de continuiteitsvergelijking (4.1B.16); het drukt het feit uit dt genmenten vn de ntenne vervngen kunnen worden door elementire elektrische dipolen (fig. 4.1B.5). Dit in gedchten genomen, productie vn het n th segment vn het sclir potentil kn erekend worden op sis vn (4.1B.16c)

φ(m + ) = 1 jωε I n n + exp( jkr) dξ I n 4πR n exp( jkr) 4πR Vervngen we (4.1B.17) en (4.1B.16) in (4.1B.16d) en multiplexen we eide knten door dn ekomen we wr 1 dξ. ( 4.1B.17 ) E z i = Z I, ( 4.1B.18 ) Z mn = jωµ exp[ jkr(m, ξ)] dξ + 4πR(m, ξ) n + jωε 1 exp[ jkr(m +, ξ)] 4πR(m + dξ exp[ jkr(m +, ξ)] 1, ξ) 4πR(m + dξ, ξ) n + n jωε 1 exp[ jkr(m, ξ)] 4πR(m dξ exp[ jkr(m, ξ)] 1, ξ) 4πR(m dξ, ξ), n + n ( 4.1B.19 ) de stroomlding op het n th segment voorgesteld tot de spnning opgewekt in het m th segment. Omdt de elektrische intensiteit nul is voor lle segmenten ehlve het voedingsgt, de elementen vn de spnningsvector edrgen nul ehlve voor het gtsegment dt gelijk is n 1. (4.1B.18) voorziet de stroomdistriutie I. De verhouding vn de ingngsspnning en de ingngsstroom geeft dn de ingngsimpedntie vn de genlyseerde ntenne. Een vooreeld vn de resultten vn de nlyse is voorgesteld in fig. 4.1B.6; module en fse vn de stroomdichtheidsverdeling vn de dipool h = λ en = 0.001588 λ is dr ekomen. Men kn meer informtie vinden over de ekomen resultten (fig. 4.1B.6) door Fig. 4.1B.5 Antenn s set of elementry electricl dipoles middel vn een computer progrmm. Dit progrmm is voorgesteld in lg C. In lg D is het progrmm uitgelegd door de progrmmeur.

Fig. 4.1B.6 Current distriution on the symetricl dipole. Piece-wise constnt pproximtion, point mtching. Length of dipole 2λ, dimeter 0.001588λ, numer of segments 64. Copyright 2010 FEEC VUT Brno All rights reserved.