005
.pdf5.2. Примеры решения задач Задача 1. В системе координат, приведенной на рис. 5.1, характеристика
направленности некоторой антенны описывается функцией |
( , ) = |
sin(3 sin sin )⁄1,5 sin sin . |
(5.1) |
Для плоскости = = 90° построить нормированную диаграмму направленности этой антенны в полярной системе координат и прямоугольной системе координат с логарифмическим масштабом.
Решение задачи
Заданная характеристика направленности при = = 90° зависит только от угла . Запишем выражение для нормированной характеристики направленности в виде:
( ) = (1⁄ ( гл)) sin(3 sin )⁄1,5 sin , |
(5.2) |
где
( гл) – значение ненормированной функции ( ) в направлении = гл, соответствующем её главному максимуму.
На рис. 5.2 показана возможная последовательность решения задачи и представлены результаты расчета требуемых диаграмм направленности. Расчеты выполнены с применением пакета программ [4].
51
Рис. 5.2
52
Задача 2. В системе координат, приведенной на рис. 5.1, нормированная
характеристика направленности некоторой антенны описывается функцией
( ) = [cos(1,4 cos ) − cos 1,4 ]⁄(1 − cos 1,4 ) sin . Определить число бо-
ковых лепестков и их уровни в децибелах. Определить ширину главного лепестка диаграммы направленности по уровню нулевого излучения 2 0 и по уровню половинной мощности 2 0,5.
Решение задачи
Расчет и построение нормированной диаграммы направленности проводится по методике, изложенной в задаче 1 (см. рис.5.2). Поскольку характеристика направленности задана в нормированном виде, то необходимость в определении максимального значения функции отпадает (M = 1). Результаты расчета диаграммы направленности, выполненные с применением пакета программ Mathcad 14 [6], приведены на рис. 5.3.
Диаграмма построена в полярной системе координат. По диаграмме определяем, что число боковых лепестков равно четырем.
На рис. 5.4 приведена та же диаграмма ( ), но построенная в прямоугольной (декартовой) системе координат с логарифмическим масштабом по
оси ординат. По этой диаграмме удобно определить уровень боковых лепестков в децибелах: = −2,0 дБ.
На рис. 5.5 вновь приведена диаграмма ( ), но построенная уже в прямоугольной системе координат с линейным масштабом по оси ординат. По этой диаграмме очень просто определить ширину диаграммы направленности по уровню нулевого излучения 2 0 = 50° и по уровню половинной мощности 2 0,5 = 24°. Напомним, что ширина диаграммы 2 0 определяется по уровню нулевого (минимального) излучения в границах основного (главного) лепестка.
Ширина диаграммы направленности 2 0,5 определяется в границах главного лепестка на уровне ( ) = 0,707.
Следует понимать, что для решения рассматриваемой задачи не обязательно строить три диаграммы. Ответ на все поставленные вопросы можно дать с использованием любого из трех представлений диаграммы направленности
(рис. 5.3 – рис. 5.5).
53
|
120 |
90 |
60 |
|
|
||
|
|
0.8 |
|
|
150 |
0.6 |
30 |
|
|
0.4 |
|
Fi( ) |
|
0.2 |
|
180 |
|
0 |
|
|
210 |
|
330 |
|
240 |
270 |
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
Рис. 5.3
) |
0 |
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
|
|
2,0дБ |
|
|
|
|
|
|
|
||
F |
10 |
|
|
|
|
|
|
20 lg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 log Fi 20 |
|
|
|
|
|
|
|
дБ |
30 |
|
|
|
|
|
|
F ( ) |
40 0 |
36 |
72 |
108 |
144 180 216 252 288 324 |
360 |
|
|
|
|
|
|
i |
360 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
Рис. 5.4
2 0,5 102 78 24
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
|
|
|
0.7 |
|
|
|
|
|
F |
|
0.6 |
|
|
|
|
|
) |
0.5 |
|
|
|
|
|
|
F ( i |
|
|
|
|
|
||
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
|
|
|
0.1 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
108 144 180 216 252 288 324 360 |
|
|
|
|
0 |
36 |
72 |
|||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
i |
360 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 0 115 65 50
Рис. 5.5
54
Задача 3. В системе координат, приведенной на рис. 5.1, ненормирован-
ная характеристика направленности некоторой антенны описывается функцией
( , ) = sin( 3 sin cos )⁄sin( sin cos ⁄2). Определить значения КНД в
направлении максимального излучения и в направлении, заданном углами = 5°, = 5°.
Решение задачи
Решение задачи с применением пакета программ Mathcad 14 [6], приведены на рис. 5.6.
Задача 4. Определить в децибелах максимальный КНД ( ) антенны, которая расположена в центре системы координат, приведенной на рис. 5.1, и кото-
рая имеет нормированную характеристику направленности ( , ) = в пределах изменения угла от 10 до 20° и угла от 0 до 360°.
|
|
Решение задачи |
|
Для расчета КНД воспользуемся формулой (2.13) |
|
||
макс = 4 ⁄∫2 |
∫ 2 |
( , ) sin . |
(5.3) |
0 |
0 |
|
|
Из условия задачи ( , ) = следует: первое — нормированная ха-
рактеристика направленности не зависит от угла , второе — в пределах угла
от 10 до 20° нормированная характеристика направленности ( ) = 1. |
|
||
С учетом этого формулу (5.3) можно записать в следующем виде |
|
||
|
= 4 ⁄∫2 |
∫ ⁄9 sin . |
(5.4) |
макс |
0 |
⁄18 |
|
|
|
||
Применив пакет программ [4] к формуле (5.4), получим макс = 44,33. Для
перехода к децибельной мере КНД следует применить формулу (2.15):
дБ = 10 макс = 16, 47 дБ.
55
Рис. 5.6
56
6.ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1.Перечислите основные элементы структурной схемы линии радиосвязи и сформулируйте назначение каждого из них.
2.Дайте определение коэффициента полезного действия передающей
антенны.
3.Дайте определения амплитудной характеристики направленности и амплитудной диаграммы направленности.
4.Чем отличаются ненормированная диаграмма направленности от нормированной?
5.Назовите достоинства и недостатки изображения диаграммы направленности в полярной системе координат.
6.Назовите достоинства и недостатки изображения диаграммы направленности в прямоугольной (декартовой) системе координат.
7.Назовите достоинства и недостатки изображения диаграммы направленности в прямоугольной системе координат с логарифмическим масштабом.
8.В чем отличие диаграммы направленности антенны «по полю» от диаграммы направленности «по мощности»?
9.Поясните физический смысл параметров «ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности» и «ширина диаграммы направленности по уровню нулевого излучения.
10.Дайте определение коэффициента направленного действия передающей антенны.
11.Дайте определение коэффициента усиления передающей антенны.
12.В чем состоит принципиальная разница межу коэффициентами направленного действия и усиления передающей антенны?
13.Дайте определение входного сопротивления передающей антенны.
14.Какие волновые режимы могут иметь место в фидере, чем они опре-
деляются?
15.Поясните физический смысл коэффициентов бегущей и стоячей волны. В каких пределах могут меняться их значения?
16.Что понимается под согласованием фидера с передающей антен-
ной?
17.Назовите виды поляризации электромагнитного поля излучения передающей антенны.
57
18.Поясните физический смысл параметров передающей антенны: эффективная площадь, коэффициент использования поверхности апертуры, действующая длина.
19.Каким параметром характеризуется электрическая прочность передающей антенны и её фидера?
20.Дайте определение рабочей полосы частот антенны.
21.Поясните физическую природу источника электродвижущей силы в эквивалентной схеме приемной антенны.
22.Поясните значение принципа взаимности для теории и практики ан-
тенн.
23.Дайте определение коэффициента направленного действия приемной антенны.
24.Дайте определение коэффициента усиления приемной антенны.
25.Поясните смысл параметра приемной антенны «шумовая темпера-
тура».
26.В чем заключается антенный эффект фидеров передающих и приемных антенн?
ЛИТЕРАТУРА
1.ГОСТ 24375 – 80. Радиосвязь. Термины и определения.
2.Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д., Кочержевский В.Г. Антенно-
фидерные устройства и распространение радиоволн. Учебник для вузов/ Под ред. Г.А. Ерохина. 3-е издание — М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 491 с.: ил.
3.Нефедов Е.И. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для студентов высш. учеб. заведений/. — М.: Издательский центр «Академия», 2010. — 320 с.: ил.
4.Очков В.Ф. Mathcad 14 для студентов и инженеров: русская версия. — СПб.: БХВ-Петербург, 2009. — 512 с.: ил.
5.Бакалов В.П., Дмитриков В.Ф., Крук Б.И. Основы теории цепей. Учебник для вузов/ Под ред. В.П. Бакалова. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь,
2000. — 588 с.: ил.
6.Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродина-
мика. Учебное пособие для вузов /Под ред. Ю.В. Пименова. — М.: Радио и связь,
2000. — 536 с.
58
7.Айзенберг Г.З., С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко и др. Коротковолновые ан-
тенны /Под ред. Г.З. Айзенберга. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь,
1985. — 536 с.: ил.
8.Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П. Основы электромагнитной экологии. – М.: Радио и связь, 2000. – 240 с.
9.Бузов А.Л., Кольчугин Ю.И., Кубанов В.П., Сподобаев Ю.М. и др. Опреде-
ление плотности потока энергии электромагнитного поля в местах размещения радиосредств, работающих в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц. Методические указания МУК 4.3.1167 – 02. / – М.: Минздрав России, 2002. – 80 с.
10.Сомов А.М., Старостин В.В., Кабетов Р.В. Антенно-фидерные устрой-
ства. – М.: Горячая линия – Телеком, 2011. – 404 с. ил.
59
В.П. Кубанов
АНТЕННЫ И ФИДЕРЫ —
НАЗНАЧЕНИЕ И ПАРАМЕТРЫ
Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования
«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» 443010, г. Самара, ул. Льва Толстого, 23
Подписано в печать: 25.01.3013 г. Формат 60х84/16 Бумага офсетная №1. Гарнитура Таймс.
Заказ1350. Печать оперативная. Усл. печ. л. 3,49. Тираж 100 экз.
___________________________________________________________________
Отпечатано в издательстве учебной и научной литературы Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики
443090, г. Самара, Московское шоссе, 77, т. (846) 228-00-44
60