Курсовая АНТЕННЫ ВАР5

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

(МТУСИ)

Факультет "Радио и телевидение"

Кафедра "Техническая электродинамика и Антенны"

Курсовая работа

по дисциплине "УСВЧиА"

Выполнил

Студент гр. БРР2201 _____________________________

Проверил

К.Т.Н., Доцент __________________________

Москва 2025

Вариант № 5

Задание на проектирование

Спроектировать антенну базовой станции сотовой системы подвижной радиосвязи в виде плоской прямоугольной антенной решетки (АР), состоящей из вертикальных полуволновых вибраторов, расположенных параллельно прямоугольному металлическому экрану на расстоянии четверти длины волны от него. (Такая конструкция называется панельной антенной).

Определению или выбору подлежат:

- шаг антенной решетки по горизонтали;

- шаг антенной решетки по вертикали;

- количество вибраторов в этаже АР (т.е. в горизонтальном ряду);

- количество этажей АР (т.е. число вибраторов в вертикальном ряду);

- коэффициент направленного действия антенны;

- входное сопротивление отдельного вибратора с учетом наведенных сопротивлений от соседних вибраторов;

- волновые сопротивления питающих коаксиальных кабелей;

- размеры экрана.

Кроме этого, должна быть разработана система питания вибраторов АР на основе коаксиальных кабелей. Все вибраторы должны быть возбуждены синфазно с одинаковой амплитудой. У каждого вибратора должно иметься симметрирующее устройство произвольного типа по выбору студента и согласующее устройство в виде так называемой четвертьволновой вставки.

Студенческий билет № 1БРТ22030

Параметры	Предпоследняя цифра номера студ. билета
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Рабочая частота, МГц	800	800	800	900	900	900	900	900	800	800
Ширина диаграммы направленности (ДН) по половинной мощности в вертикальной плоскости, градусы	22		19		17		15	20	13
Ширина ДН по половинной мощности в горизонтальной плоскости, градусы	120	90	60	90	90	60	120	60	60	60
КНД антенны, дБ		15		15		15				15
Поляризация излучения	Вертикальная
Волновое сопр. кабеля, Ом	50	50	50	50	50	50	50	50	50	50

Расчёт антенны

1. Под заданную ширину ДН по половинной мощности в горизонтальной плоскости

определяются число вибраторов в этаже m и расстояние между вибраторами в этаже d₂.

Исходя из МУ, можно установить, что оптимальное количество вибраторов на этаже при ширине ДН по половинной мощности равняется .

Следовательно:

Тогда ориентировочное расстояние между вибраторами по формуле равно:

2. В соответствии с формулой МУ рассчитывается ДН антенны в горизонтальной плоскости.

На рисунке 1 изображена ДН, с требуемой шириной по половинной мощности. В нашем случае

Рисунок 1 - ДН антенны в горизонтальной плоскости.

Как видно на ДН: , что удовлетворяет исходным требования в .

Для получения данной ширины ДН была скорректировано расстояние между вибраторами = 0.097(или ). Количество вибраторов осталось изначальным.

3. Для вариантов 1, 3, 5 и 9, где задан КНД антенны (в децибелах), число этажей n выбирается из графика зависимости КНД (в децибелах) от d1 на рисунке 4, построенного по формуле [1, (4.12)], под заданную ширину ДН по половинной мощности в горизонтальной плоскости.

Исходя из рисунка 2 и заданного КНД, получаем:

Количество элементов:

Расстояние между этажами:

Рисунок 2 – график зависимости КНД антенны (в децибелах) от расстояния между этажами.

Общее количество элементов системы , следовательно количество этажей:

4. В соответствии с формулой ниже рассчитывается ДН антенны в вертикальной плоскости.

На рисунке 3 изображена ДН в вертикальной плоскости, построенная по значениям выбранным с графика на рисунке (2).

Рисунок 3 - ДН антенны в вертикальной плоскости.

Как видим на рисунке (3), ширина по половинной мощности составила .

Подставим полученные итоговые данные в формулу ниже:

Как видим полученный КНД совпадает с заданным, следовательно ширина ДН в вертикальной плоскости подобрана верно, тогда значения количества этажей и расстояния между ними остаётся неизменным.

5. В соответствии с формулой МУ, учитывая выводы и используя, данные таблицы, рассчитывается входное сопротивление полуволнового вибратора с учетом наведенных сопротивлений от соседних вибраторов и экрана.

Входное сопротивление вибратора выразим как его собственное сопротивление , суммированное с соседним вибратором и зеркальным .

В соответствие с таблицей 5.2 МУ выразим наведённые сопротивления:

Соседнего для :

Зеркального для :

Тогда входное:

7. В соответствии с МУ выполняется схема питания вибраторов с указанием волновых сопротивлений используемых отрезков коаксиальных, полосковых линий и четвертьволновых трансформаторов.

На рисунке 4 представлена схема питания вибраторов, выполненная по системе “ёлочка”:

Рисунок 4 – схема питания вибраторов

8. В соответствии с МУ определяются размеры экрана.

Рисунок 5 - Схема питания вибраторов

9. По полученным результатам расчетов выполняется конструктивный чертеж разработанной панельной антенны.

На рисунке 5 представлен конструктивный чертёж разработанной панельной антенны, где:

а) Одиночный вибратор,

б) Крепление вибратора к экрану, где зелёным цветом указано симметрирующее устройство типа U - колено,

в) Общая схема разработанной панельной антенны.

Рисунок 6 - Конструктивный чертёж панельной антенны.

В качестве симметрируещего устройства была выбрана мостиковая схема питания вибраторов, т.к. она также обеспечивает крепление вибраторов к экрану, и устанавливает баланс тока в плечах вибратора.

Рисунок 7 -Мостиковая схема питания вибраторов.

Плечи вибратора припаиваются к трубкам, через одну из которых пропускается питающий кабель (рис. 7.). Центральный проводник припаивается одному плечу вибратора (точка б), а внешний проводник - к другому (точка а). Трубки выполняют и функции несущей конструкции, обеспечивающей крепление плеч вибратора к экрану.

Трубки образуют двухпроводную линию и закорачиваются перемычкой, что образует короткозамкнутый шлейф. Если длина шлейфа близка к четверти длинны волны, то он является металлическим изолятором, так как его входное сопротивление очень велико.