Пояснительная записка к курсовому проекту:
«ОДНОПРОВОДНАЯ АНТЕННА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ»
По курсу: "Антенны и устройства СВЧ"
Проверил:
Кисмерешкин В.П.
Омск 2008
Задание на курсовой проект «однопроводная антенна бегущейволны»
по дисциплине: "Антенны и устройства СВЧ"
Тема проекта: "Однопроводная антенна бегущей волны"
Исходные данные к проекту:
1. Цель и назначения разработки:
Антенна обеспечивает прием радиосигналов в КВ диапазоне.
2. Технические требования
2.1 Условия эксплуатации
Вид климатического исполнения УХЛ-4 по ГОСТ 15154-69
2.2 Технические характеристики:
2.2 — Диапазон частот, МГц, от 2 до 8
Входное сопротивление, Ом, 50
2.3 Требования к конструкции
Длина провода, м, 200
Высота установки, м, 2
Содержание
Введение
1. Теоретические сведения
1.1 Схема антенны Бевереджа
1.2 Заземление антенны
1.3 Нагрузка антенны
2. Расчеты
3. Конструктивное выполнение антенны
Заключение
Литература
Аннотация
В данной курсовой работе был произведен расчет характеристикантенны бегущей волны (антенны Бевереджа) используемой в КВ диапазоне. По заданнымисходным данным была рассчитана диаграмма направленности, рассчитаны коэффициентусиления и коэффициент направленного действия.
Введение
Антенна выступает в роли промежуточного звена между радиоприбором- приемником или передатчиком — и окружающей средой пространством, являясь своегорода преобразователем электромагнитной энергии, ее трансформатором. Передающая антенна,питаемая энергией радиопередатчика, возбуждает в пространстве электромагнитное поле,несущее сигнал. Незначительную часть энергии поля улавливает приемная антенна, создаваяна входе радиоприемника ЭДС, достаточную для воспроизведения сигнала.
В след за первыми шагами радиотехники, когда использовались искровыеи дуговые генераторы, задачам радиосвязи были подчинены длинные и средние, а затеми короткие волны. За это время сформировались все типы проволочных антенн. Антенныдлинных и средних волн по своим размерам всегда меньше длины волны. Освоение жекоротких волн означало качественный скачок в антенной технике, так как открыласьвозможность построения антенн, значительно превышающих длину волны. Одной из такихантенн стала однопроводная антенна бегущей волны.
Однопроводная антенна бегущей волны (антенна Бевереджа) широкоиспользуется в профессиональной радиосвязи и в странах бывшего СССР и за рубежом.Однопроводная антенна может работать без перестройки во всех любительских диапазонахпри минимальных затратах на ее изготовление и не нуждается в настройке при сменедиапазонов работы.
1. Теоретические сведения1.1 Схема антенны Бевереджа
Однопроводная антенна бегущей волны (рис.1) представляет собойдлинный провод, подвешенный сравнительно не высоко над землей и нагружена на одномконце активным сопротивлением, равным волновому сопротивлению провода. А другойконец этого провода подключается к выходу трансформатора, имеющего выходное сопротивление,равное волновому сопротивлению провода. К выходу трансформатора подключают фидер,соединяющий антенну с приемником.
/>
Рис.1 — Однопроводная антенна бегущей волны
Электродвижущая сила в проводе антенны создается горизонтальнойсоставляющей вектора напряженности поля Е падающей волны. В случае поверхностноголуча эта составляющая связана с потерями в земле. Ее значение равно нулю при идеальнойпочве и увеличивается с уменьшением проводимости почвы. Если в точку приема приходитпространственный луч, то горизонтальная составляющая вектора Е определяется угломприхода луча. Очевидно, что в вертикальной плоскости, совпадающей с плоскостью расположенияпровода, антенна принимает только параллельно поляризационное поле. В других направленияхантенна принимает как параллельно, так и нормально-поляризованное поле.
Чем длиннее полотно антенны, тем выше ее коэффициент усиления.Антенна Бевереджа принимает вертикально поляризованную волну, падающую на нее поднебольшим углом. Такие характеристики имеют поверхностная волна, находящейся в пределахвидимости, радиостанции и волна дальней радиостанции, отраженная от ионосферы подмалым углом.
В горизонтальной плоскости максимум приема лежит в направлении,параллельном полотну антенны. При перпендикулярном падении электромагнитная волнапросто ничего не наведет в антенне, а при падении под углом, вследствие сложениянаведенных в антенне с разными фазами напряжений, последние будут компенсироватьдруг друга.
/>
Рис.2 — Д.Н. однопроводной антенны
Д.Н. антенны Бевереджа представляет собой узкий луч в горизонтальнойи вертикальной плоскостях, направленный в сторону нагрузки (рис.2). При значительномпревышении длины полотна антенны над длиной волны происходит дробление Д.Н. на лепестки.Чем меньше задний лепесток Д.Н., тем лучше согласована антенна с нагрузкой.
1.2 Заземление антенны
Работа реальной антенны бегущей волны во многом зависит от качества«земли». Лучше всего проложить несколько «земляных» проводовот нагрузки к генератору.
/>
Рис.3 — Схема подключения «земляных» проводов
При использовании АБВ как приемной антенны можно использоватьтолько один «земляной» провод. Иногда на приемных центрах вместо«земляного» провода используют 10.15 противовесов длиной около10 м, расположенныхна конце нагрузки и трансформатора и закопанных на глубину 20-30 см (рис.3). В некоторых случаях возрастает шум антенны за счет того, что в нее включаются участки земли,которые могут служить источником шума. Обычно конкретный источник шума определитьочень трудно. Он может возникать за счет токов, протекающих в земной коре, можетбыть обусловлен действием промышленных факторов (воздушные ЛЭП, подземные линииэлектропередач и т.д.).1.3 Нагрузка антенны
Примерно от 30 до 50 процентов мощности передатчика рассеиваетсяна нагрузке, поэтому крайне важно, чтобы резистор нагрузки был безиндукционным.
однопроводная антенна бегущая волна
При конструировании передающих антенн Бевереджа можно использоватьрезисторы типа МЛТ, соединенные в параллель. Конструктивно они располагаются кольцом.Для защиты такой нагрузки от атмосферных воздействий ее окрашивают прочным лаком.Желательно исключить прямое попадание на нее дождя, размещая её под какой-нибудькрышкой. Обычно для антенны Бевереджа используют нагрузку около 300.600 Ом. Точноустановить волновое сопротивление антенны трудно, на практике это можно сделатьлишь изменением нагрузки и измерением при этом КСВ антенны.
2. Расчеты
Сокращенно антенна бегущей волны обозначается как />,где L — длина антенны в м., h — высота антенны над землей в м. В данном случае />. Амплитудная ДН в горизонтальной плоскостиописывается выражением [1]:
/> (1)
где к=2π/λ — волновое число, λ — длина волны вм, ξ — коэффициент замедления в линии. Вид ДН однопроводная антенна бегущейволны в горизонтальной плоскости, при значениях λ равных 10 м и 100 м представлены на рис.4 и 5.
/>
Рис.4 — Д.Н. в горизонтальной плоскости при λ=10м
/>
Рис.5 — Д.Н. в горизонтальной плоскости при λ=100 м
Осевое излучение антенны возможно только при ξ≥1.ξ — оптимальная находится из формулы:
/> (2)
Рассчитаем оптимальное значение ξ по формуле (2) оно равно1,05.
Запишем также выражение угловой ширины по половинной мощности:
/> (3)
Значение /> из формулы (3) равно 340
Приближенный расчет ДН в вертикальной плоскости можно произвестиисходя из [2]:
/>
где /> постоянная распространения волны попроводу, угол /> - отсчитывается от вертикальной плоскостив которой лежит провод, ∆ — угол отсчитывающийся от горизонтальной плоскости.Вид ДН в вертикальной плоскости представлен на рис.6.
/>
Рис.6 — Д.Н. в вертикальной плоскости
Рассчитаем сопротивление излучения антенны (в Омах) для λ= 10 по формуле (4):
/> (4)
/> Ом
КПД рассчитываем по формуле (5):
/> (5)
где Rн — сопротивление нагрузочного резисторана конце антенны, равное 300 Ом. />
КНД антенны рассчитывается по формуле (6):
/> (6)
/>
Коэффициент усиления рассчитывается по формуле (7):
/> (7)
/>
3. Конструктивное выполнение антенны
Антенны бегущей волны выполняется из биномиального провода диаметром 3 мм ГОСТ 3822-79. Высота подвеса антенны 2м. Так как обычно антенна работает вшироком диапазоне длин волн, целесообразно выбрать поглощающее сопротивление равнымволновому сопротивлению антенны на средней волне. В данном случае выбираем поглощающеесопротивление МЛТ-2 300 Ом.
Антенна обычно подвешивается на деревянных, асбоцементных илистеклопластиковых опорах. В данном случае устанавливаем антенну на деревянных опорах.Заземление поглощающего сопротивления и переходного трансформатора выполняется из10 радиально расходящихся медных проводов длинной 10 м., укладывающихся на глубине 30см. Так как антенны бегущей волны является не симметричной, то используемкоаксиальный несимметричный фидер с малым затуханием. В этом случае фидер соединяетсяс антенной через переходной трансформатор 300×50 (рис.7).
/>
Рисунок 7 — Трансформатор
В трансформаторе использован сердечник М1000 НМ, провод ПЭВ диаметром 0,41 мм. Число витков первой обмотки n1=10,число витков второй обмотки n2=20.
Чертеж конструкции однопроводной антенны бегущей волны дан вприложении.
Заключение
В данном курсовом проекте была сконструирована и рассчитана однопроводнаяантенна бегущей волны. Антенна работает в диапазоне от 2 до 8 МГц. Имеет длину провода 200 м и высоту подвеса 2 м. Обладает коэффициентом усиления 35 на частоте 30 МГц,на частоте 15 МГц коэффициент усиления равен 15. Значение угловой ширины по половинноймощности равен 340на частоте 30 МГц.
Литература
1) Антенны и устройства СВЧ. Сборник задач: Хмель В.Ф. — 2-е изд.,- К.: Высшая школа, 1990.
2) Коротковолновые антенны. Айзенберг Г.З. — 2-е изд., — М.: Радио исвязь, 1985.
3) Антенны. Никольский В.В. — М.: Связь, 1966.