u_po_kursu__RASPROSTRANENIE_RADIOVOLN_I_ANTE

штыря до закорачивающей стенки волновода, действующая и геометрическая высота штыря.

Одноволновый режим в прямоугольном волноводе выполняется при

В этом случае в волноводе распространяется только основная волна

При выборе размеров стандартного волновода на заданную рабочую частоту, используйте данные Приложения 2.

Литература.

1.Ерохин Г. А., Чернышов О. В., Козырев Н. Д., Кочержевский В. Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радио волн. - М.: Радио и связь, 1989, - 352 с.

2.Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства.–М.: Связь, 1972.-

472 с.

3.Антенны и устройства СВЧ/Под редакцией Воскресенского Д. И. – М.;Сов. Радио, 1972. - 320 с.

4.Айзенберг Г. З. и др. Антенны УКВ/Под редакцией Г. З. Айзенберга. В

2-х ч. 1. – М.: Связь, 1977. – 384 с

Вариант №11

1. Задание на проектирование.

Спроектировать передающую синфазную горизонтальную диапазонную антенну с апериодическим рефлектором СГД m/n РА для радиосвязи в дневное время. Число этажей m= , число плеч симметричных вибраторов в этаже n= . Антенна предназначена для работы в диапазоне волн (0,8-2,0) 0 , где 0 - расчетная длина волны. Волновое сопротивление

диапазонного вибратора WA= .

Протяженность радиолинии, проходящей в средних широтах, составляет r = . Действующая высота отражения от слоя F2 составляет h

=.

Определить напряженность электрического поля, создаваемого данной антенной в точке приема, если к антенне подведена мощность Р= .

Оценить возможный диапазон рабочих частот антенны.

Определить геометрические размеры диапазонного вибратора: длину плеча, диаметр, число проводов и их радиус.

31

Рассчитать и построить диаграмму направленности (д.н.) антенны в горизонтальной и в вертикальной плоскости. Определить ширину д.н. по нулевой и половинной мощности.

Вычислить КНД и КУ антенны.

Вычислить входное сопротивление вибраторов без учета их взаимного влияния.

Расчет электрических параметров антенны выполнить на оптимальной и крайних частотах рабочего диапазона.

Рассчитать схему запитки антенны с использованием четвертьволновых трансформаторов.

Разработать конструкцию антенны (привести чертеж общего вида). Числовые данные для расчета приведены в таблице:

2. Методические указания.

При проектировании радиолиний КВ диапазона необходимо определить прежде всего угол наклона траектории - и максимально применимую частоту – МПЧ.

Угол связан с углом падения на ионосферу 0 соотношением

(см. рис. 1 (рис. 22.4,

рис. 1

0 ;

2 2

где: r - центральный угол;

a3

a3 6370 км – радиус Земли;

32

рис. 2

МПЧ можно определить для заданного расстояния r по графикам рис. 2

(рис. 5.39 2 )

Установим связь между выбранным по графику (рис. 2) значениям МПЧ и требуемым по заданию диапазоном длин вол – (0,8-2,0) 0 .

0,8МПЧ = ВПЧ (верхняя применимая частота).

между этажами принять равным d1 20 , а длину плеча вибратора l 0,41 0 .

Высота подвеса нижнего этажа Н определяется из условия, чтобы угол максимального излучения антенны в вертикальной плоскости на расчетной частоте равняется требуемому углу наклона траектории , т.е.

hср sin max 2 ;

где hср Н (m 1) 0

2 2

max

33

Расстояние между полотном антенны и апериодическим рефлектором выбирается равным d р 40 .

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле:

где - угол между нормалью к плоскости антенны и направлением на точку наблюдения ( 900 900 ) , n – число вибраторов в одном этаже.

Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости рассчитывается по формуле:

2

где - угол между горизонтальной плоскостью и направлением в точку наблюдения (00 900 ) .

При выводе этих формул землю считали идеальным проводником, а действительный рефлектор был заменен идеально проводящей плоскостью бесконечных размеров (стр. 398-399 в 4 ).

КНД антенны СГД с учетом влияния земли и наличия рефлектора можно приближенно рассчитывать по формуле:

При расчете КУ считать КПД равным 0,9 на оптимальной частоте f0 и 0,7 на НПЧ и ВПЧ (стр. 404 4 ).

Волновое сопротивление вибратора с пониженным волновым сопротивлением (см. рис. 3 (рис. 9.1 4 )) может быть рассчитано по формуле:

где: э n na - эквивалентный радиус вибратора n – число проводов

34

При отражении от слоя F2 (n=1) величина Гн рассчитывается по формуле:

Литература.

1.Ерохин Г. А., Чернышов О. В., Козырев Н. Д., Кочержевский В. Г. Антеннофидерные устройства и распространение радио волн. - М.: Радио и связь,

1989, - 352 с.

2.Г. З. Айзенберг, С. П. Белоусов, Э. М. Журбенко, Г. А. Клигер, А. Г. Курашов. Коротковолновые антенны/ Г. З. Айзенберг, С. П. Белоусов, Э. М. Журбенко и др.; Под ред. Г. З. Айзенберга. – 2-е, перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1985. – 536 с., ил.

3.Черенкова Е. Л., Чернышов О. В. Распространение радиоволн. - М.: Радио и связь , 1984. – 272 с.

4.Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства.–М.: Связь, 1972.-472 с.

Вариант №12

1. Задание на проектирование.

Спроектировать антенну, предназначенную для приема сигналов с вращающейся поляризацией, выполненную на основе однозаходной спирали с дисковым рефлектором. Антенна должна обеспечивать ширину диаграммы направленности по уровню половинной мощности равную 0,5= град. Рабочий диапазон частот антенны лежит в пределах от fmin= МГц

до fmax= МГц.

Вработе требуется:

1)определить параметры эквивалентной цилиндрической спиральной антенны: осевую длину спирали, шаг спирали, число витков спирали, радиус

иугол намотки спирали, диаметр рефлектора;

2)рассчитать и построить в декартовой системе координат нормированные диаграммы направленности (ДН) эквивалентной

цилиндрической спиральной антенны для составляющих поля E и E на средней частоте рабочего диапазона, по графикам определить ширину ДН по уровню нулевого излучения для каждой составляющей;

36

3)определить коэффициент направленного действия (КНД) и активную часть входного сопротивления эквивалентной цилиндрической спиральной антенны;

4)рассчитать конструктивные размеры однозаходной конической спиральной антенны: угол при вершине конуса, число витков конической спирали, начальный радиус спирали, радиус в конце каждого витка спирали, шаг каждого витка спирали, длину каждого витка спирали, осевую длину спирали, диаметр рефлектора;

5)разработать конструкцию антенны, привести чертеж конической спиральной антенны в двух видах (вид сбоку и вид спереди со стороны вершины конуса) и чертеж антенны общего вида (в любой аксонометрической проекции).

Числовые данные для расчета приведены в следующей таблице.

2.Методические указания.

Вначале определяются параметры эквивалентной цилиндрической спиральной антенны [1]. Осевую длину спирали l' можно найти, исходя из

воздухе, fср средняя частота диапазона).

Для создания режима осевого излучения длина L одного витка спирали принимается равной средней длине волны рабочего диапазона: L λср . Шаг

спирали S находится из условия получения от антенны максимального КНД:

S 0,22 λср 1 λср (2l') 1 .

Число витков спирали можно найти как N' = l'/S. Полученное значение N' округляется до целого числа N в сторону увеличения и в дальнейших расчетах осевая длина спирали принимается l = N S.

Радиус a и угол намотки спирали можно определить по следующим

принимается равным средней длине волны заданного рабочего диапазона.

37

Диаметр провода спирали выбирается равным (0,03 0,05) ср. Полная длина провода цилиндрической спирали определяется как произведение N L.

Диаграммы направленности спиральной антенны [2] для составляющих поля E и E достаточно точно можно рассчитать по формулам:

fθ (θ) J0 (ka sinθ) cos θ sin(πNν)(ν2 1); f (θ) J0 (ka sinθ) ν sin(πNν)(ν2 1) ,

где J0( ) функция Бесселя первого рода нулевого порядка; k волновое число (k = 2 / ); N число витков спирали; угол, отсчитываемый от оси спирали; a радиус спирали; ν 1 ka (1,22 cos θ) tgα .

КНД и активную часть входного сопротивления спиральной антенны

можно найти из выражений: D 15N(S / λ)(ka)2 , Rвх 140ka (Ом) .

У конической спирали [1, 2] длина витка и расстояние между витками переменны, однако угол намотки спирали остается постоянным. Излучение конической спиральной антенны в основном происходит за счет витков, длина которых L находится в следующих пределах: 0,75 < L < 1,3 , это так называемая активная область конической спиральной антенны.

Как известно [1], параметры цилиндрической спиральной антенны практически не меняются при изменении длины витка спирали в указанных пределах. Таким образом, на фиксированной длине волны коническую спиральную антенну можно заменить эквивалентной цилиндрической с тем же углом намотки, длина витка которой L = , а число витков равно числу витков в активной области конической спирали.

Параметры конической спиральной антенны рассчитываются по известным параметрам эквивалентной цилиндрической спирали: числу витков N и углу намотки .

Половину угла при вершине конуса можно найти из выражения:

общее число витков конической спирали, которое можно найти из формулы

максимального витка; λmin c fmax минимальная длина волны рабочего

диапазона; λmax c fmin максимальная длина волны рабочего диапазона. Начальный радиус спирали можно найти, зная длину первого витка:

38

Диаметр рефлектора конической спиральной антенны принимается равным максимальной длине волны рабочего диапазона. Полная длина провода конической спирали равна сумме длин всех ее витков:

Литература.

1.Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. / Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Сов. радио, 1972.

2.Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. М.: Энергия, 1973.

3.Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. Ч.2.

М.: Связь, 1977.

Вариант №13

1.Задание на проектирование.

Спроектировать ромбическую антенну для магистральной радиосвязи. Исходные данные:

- протяженность радиолинии в средних широтах – r;

- действующая высота отражения волн от слоя F2 – hд ; - мощность, подведенная к антенне – Р.

39

Таблица 1

волны.

2.Методические указания.

1.Используя заданные значения для величин r и hд , из формулы ((1) см.

22.4[1] )определяется угол наклона траектории луча.

2.Используя графики на рис. 3, определяется величина максимальной применимой частоты МПЧ, а затем и частотный диапазон работы антенны.

3.Определяются оптимальные конструктивные размеры антенны Ф, ℓ и Н. С этой целью используются выражения ((2), (3) и (4) см. 14.20…14.22 [2]).

4.Рассчитывается волновое сопротивление антенны и принимаются меры по недопущению его увеличения в области тупого угла ромба.

5.Определяются сопротивление излучения и коэффициент полезного действия антенны (формулы (7), (8) см.14.22 [2]).

6.Используя формулы ((9), (10) см. 14.7 и 14.9 [2]) рассчитывается диаграмма направленности антенны в вертикальной и горизонтальных плоскостях. Расчет проводится на оптимальной и крайних частотах рабочего диапазона.

7.Определяется максимальное значение коэффициента усиления антенны (формула (11) см. 14.24 [2] ).

8.Рассчитывается величина остаточной мощности волны на конце антенны, а также волновое сопротивление и длина поглощающей линии.

9.Определяется величина действующего значения напряженности электрического поля в точке приема ((12) см. 10.9 [3] ).

10.Разрабатывается конструктивный чертеж антенны с учетом схемы возбуждения ромба, а также элементов крепления излучающих проводов над Землей и проводов поглощающей линии.

Литература.

1.Ерохин Г.А., Чернышов О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г.. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1996, - 352 с.

2.Айзенберг Г.З. и др. Коротковолновые антенны. – М.: Радио и связь,

1985, - 535 с.

3.Черенкова Е.Л., Чернышов О.В. Распространение радиоволн. – М.: Радио и связь, 1984, 272 с.

40