Учебно-методическое пособие и задания на курсовой проект по курсу Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства в системах радиосвязи и ради

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ РАЗДЕЛОВ КУРСА

ЧАСТЬ 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

I.Электродинамические параметры Земли и атмосферы

Земли

[1, гл. 17];

[3, §§ 3.1, 4.1 – 4.3]

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Комплексная диэлектрическая проницаемость Земли. Коэффициент отражения.

2.Неоднородность свойств атмосферы Земли на различных высотах. Состав и структура тропосферы. Коэффициент преломления. Вертикальный профиль электронной концентрации.

3.Состав и структура ионосферы. Источники и механизмы ионизации. Параметры рекомбинации. Вертикальный профиль диэлектрической проницаемости.

Регулярные слои атмосферы D , E и F .

4.Микроструктура тропосферы и ионосферы. Статистические характеристики интенсивности и размеров неоднородностей на различных высотах.

II.Основные закономерности процесса распространения

электромагнитных волн в атмосфере Земли

[1, гл. 15,16,18,19]; [3, §§ 1.2, 2.1, 2.2, 3.2-3.5, 5.1-5.5, гл. 6]

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Классификация типов радиолиний. Расчет напряженности поля в точке приема. Параметры передачи радиолинии. Множитель ослабления. Зоны Френеля. Существенная область отражения.

2.Распространение земной волны при поднятых антеннах. Множитель ослабления. Интерференционная формула Введенского и области ее применения.

3.Распространение земной волны при низкорасположенных антеннах. Формула Шулейкина-Ван-дер-Поля.

4.Учет сферичности Земли в интерференционных формулах. Дальность прямой видимости. Зоны света, тени и полутени.

4

5.Искривление траектории луча в тропосфере. Радиус кривизны луча. Различные виды тропосферной рефракции. Влияние рефракции на дальность действия линий УКВ-радиосвязи.

6.Преломление в ионосфере наклонно падающих лучей. Условие их поворота на Землю. Максимальные частоты. Отражение от ионосферы вертикально падающих лучей. Критическая частота. Закон секанса.

7.Ослабление радиоволн в атмосфере Земли. Поглощение в тропосфере и ионосфере. Механизмы рассеяния радиоволн на неоднородностях атмосферы.

8.Замирания радиоволн, их свойства и причины. Глубина замираний. Надежность линии радиосвязи при сигнале, подверженном замираниям.

9.Помехи радиоприему. Классификация и характеристики источников внешних помех.

III. Особенности распространения радиоволн различного частотного диапазона

[1, гл. 20-24]; [3, §§ 7.1-7.3, 8.1, гл. 9-12]

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Распространение средних, длинных и сверхдлинных радиоволн. Дальность распространения. Суточный ход характеристик поля. Зоны замираний. Методы борьбы с замираниями.

2.Распространение коротких радиоволн. Механизмы и модели распространения. Выбор рабочих частот. Причины многолучевости. Интерференционные и поляризационные замирания.

3.Распространение радиоволн УКВ-диапазона на линиях космической связи. Особенности работы таких линий. Требования, предъявляемые к тракту распространения. Потери в тропосфере и ионосфере. Шумы, влияющие на работу космических линий. Диапазон рабочих частот. Доплеровское изменение частоты.

5

ЧАСТЬ 2. АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА

I. Основы теории антенн

[1, гл. 1, §§ 2.1, 2.3-2.6, 3.1, 3.2, 3.5, гл. 4-6]

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Параметры антенн: диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, коэффициент усиления, входное сопротивление, коэффициент поляризации.

2.Симметричный электрический вибратор. Распределение тока и заряда. Направленные свойства. Входное сопротивление. Сопротивление излучения. Коэффициент направленного действия. Симметричный щелевой вибратор.

3.Излучение связанных вибраторов. Сущность метода наведенных э.д.с. Наведенные и взаимные сопротивления. Входное сопротивление вибратора, входящего в систему связанных вибраторов. Пассивные вибраторы. Рефлектор и директор.

4.Теория приема радиоволн. Эквивалентная схема приемной антенны. Мощность в нагрузке приемной антенны. Эффективная площадь антенны.

5.Методы создания остронаправленных антенн. Антенные решетки с поперечным излучением. Антенные решетки с осевым излучением. Влияние амплитудно-фазового распределения на направленные свойства. Излучение прямоугольного и круглого раскрывов.

II. Типы антенных устройств

[1, гл. 7-10]

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Простые вибраторные и щелевые антенны. Симметричные и несимметричные вибраторы. Способы расширения рабочего диапазона. Частотно-независимые антенны. Схемы питания вибраторных антенн. Симметрирующие и согласующие устройства.

2.Антенны с осевым и поперечным излучением. Директорные, спиральные, логопериодические, диэлектрические антенны. Многощелевые волноводные решетки. Синфазные вибраторные антенные решетки.

6

3.Апертурные антенны. Секториальные, пирамидальные и конические рупоры. Направленные свойства. Оптимальные размеры рупоров. Согласование с волноводом и кабелем. Зеркальные антенны. Оптимальное облучение зеркал. Однозеркальные и двухзеркальные антенны. Направленные свойства. Реакция зеркала на облучатель и методы ее устранения. Управление диаграммой направленности.

4.Антенные решетки с управляемой диаграммой направленности. Фазированные решетки. Решетки с частотным сканированием. Понятие о многолучевых и ретрансляционных решетках.

III. Особенности построения АФУ

различного частотного диапазона

[1, гл. 11-13]

Вопросы, подлежащие изучению:

1.Антенны средних и длинных волн. Проволочные Т-образные, Г-образные и зонтичные антенны. Методы увеличения к. п. д. антенн. Антенна шунтового питания. Антенна верхнего питания. Антифединговые антенны-мачты. Питание антенн. Способы согласования с фидером.

2.Антенны коротких волн. Синфазная горизонтальная диапазонная антенна. Ромбическая антенна. Логопериодическая антенна. Антенна бегущей волны. Питание антенн коротких волн. Фидеры передающих антенн. Антенны для телевидения, радиорелейных линий и космической связи. Зеркальные, рупорно-параболические и перископические антенны. Пассивные ретрансляторы для РРЛ.

IV. Вопросы электромагнитной совместимости антенн (ЭМС)

[1, гл. 13; 7, гл. 14]

Вопросы, подлежащие изучению:

Сущность проблемы ЭМС. Влияние бокового излучения антенны на качество работы системы. Усредненные диаграммы направленности. Требования к уровню бокового излучения антенн, работающих в различных диапазонах и в различных системах радиосвязи.

7

Задания на курсовой проект

Задания предусматривают разработку пяти вариантов:

-линейную решетку из конических диэлектрических стержневых антенн для корабельной радиолокационной станции;

-волноводно-щелевой антенны (ВЩА) для приемной станции связи летательного аппарата;

-однозеркальной параболической антенны для приема спутникового телевидения;

-двухзеркальной антенны Кассегрена для искусственного спутника

Земли;

-рупорно-параболической антенны для радиорелейной линии связи. Каждый студент разрабатывает одну из этих антенн (какую именно,

он определяет по таблице).

Таблица

По желанию студента ему может быть выдано индивидуальное задание на курсовую работу. Темой задания может являться любая другая антенна, работающая в системе радиосвязи, радиолокации и т.д.

При расчете нормированных диаграмм направленности кроме главного лепестка следует рассчитать не менее двух первых боковых лепестков.

Конструктивный чертеж должен содержать сборочный чертеж антенны со всеми ее элементами.

Вариант № 1

Спроектировать линейную решетку из конических диэлектрических стержневых антенн для корабельной радиолокационной станции.

Исходные данные:

-рабочая длина волны ;

-вид антенны: коническая диэлектрическая антенна из полистирола;

-количество антенных элементов в решетке N = 4;

-волновое сопротивление коаксиальной линии, подводящей питание к элементу решетки Zв.

Числовые данные для расчетов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

8