Министерствосвязи и информатизации Российской Федерации
Сибирскийгосударственный университет телекоммуникаций и информатики
Хабаровскийфилиал
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
АНТЕННО –ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА
на тему:
«Расчетантенны для земной станции спутниковой системы
связи (ЗССС)»
Выполнил: ст.гр. ХР-61
Королев И.Э.
Проверил:Микрюков М.И.
Хабаровск
2009 г.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕСистема:схема Кассегрена. Работает в системе Земля – космический аппарат – Земля врежиме передачи. Рассчитать электрические и конструктивные параметры нацентральной частоте, проверить широкополосность.
Рабочая частота, fраб, ГГц 4,5
Мощность излучения, Pизл, Вт 500 Поляризация излучения линейная
Мощность на входе приемника, Pпр, дБ/Вт -115
Коэффициент усиления антенны, Gпр, дБ 20
Полоса пропускания, П0,7, % 12 Коэффициент бегущей волны в питающем фидере, КБВ 0,8 Расстояние до ретранслятора, R, км 41700
Уровень первых боковых лепестков, УПБЛ, дБmax -30
Потери в фидерном тракте приемника, Lпр, дБ 1
Потери в фидерном тракте передатчика, Lпер, дБ 1
Потери в атмосфере, Lдоп, дБ 2 Коэффициент полезного действия, КПД, % 85…90 Коэффициент использования поверхности, КИП 0,5…0,7
СОДЕРЖАНИЕВведение
1. Общий анализ антенн ЗССС;требования, предъявляемые к антеннам ЗССС
1.1 Общий анализ и сравнительнаяхарактеристика антенн
1.2 Требования,предъявляемые к электрическим параметрам антенн ЗССС
1.2.1 Проблемаэкологической чистоты земной станции
1.2.2 ДН антенны ЗС иэлектромагнитная совместимость
1.2.3 Нормы и рекомендации напараметры антенн ЗССС
1.2.4 Требования на огибающую ДН всистеме «Intelsat»
1.2.5 Требования к параметрам антенндля ЗССС системы связи «Интерспутник»
1.2.6Российские требования на параметры антенн для ЗС
1.2.7 Требования к параметрам антеннЗС
2. Электрический и конструктивныйрасчет параметров антенны ЗССС
2.1 Расчет энергетическиххарактеристик антенны
2.2 Расчет радиуса раскрыва большогозеркала
2.3 Расчет эксцентриситета малого зеркала гиперболы, фокусныхрасстояний зеркал и диаметра облучателя
2.4 Расчет профилей большого и малогозеркал
2.5 Расчетэлектрических характеристик, допуск на изготовление
2.6 Расчетдиаграммы направленности облучателя
2.7 Расчетамплитудного распределения в раскрыве зеркала антенны
2.8 Расчетдиаграммы направленности антенны
3. Охрана труда и техникабезопасности
3.1 Классификация факторов, влияющихна условия труда
3.2 Меры безопасности при работе сэлектрооборудованием
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Космическаясвязь прочно заняла свое место в системах связи всего мира. Растет числоспутников связи, работающих на различных космических орбитах, осваиваются новыедиапазоны частот.
Системыспутниковой связи дают возможность пропустить огромный объем информации. Спомощью только одного ретранслятора на ИЗС можно обеспечить передачу информациина расстоянии до 15000 км, а с помощью трех ИЗС возможна организация почти, чтоглобальной системы связи.
Оптимальнымместом для размещения ретранслятора является геостационарная орбита, удаленнаяот поверхности Земли на 36000 км, так как ИЗС при этом «зависают» ипрактически не меняют своего местоположения относительно неподвижной точки наЗемле. Одним из преимуществ такой орбиты является отсутствие у антенны ЗСсистемы слежения за спутником.
Дляобслуживания полярных и приполярных районов применяются эллиптические орбиты,низко и среднерасположенные круговые орбиты. Антенны ЗС для таких систем связиимеют систему слежения за спутником, что в значительной степени увеличиваетстоимостные показатели антенны ЗС, делает ее более сложной в обслуживании имонтаже, а также снижает надежность всей системы связи.
Системасвязи через ИСЗ представляет собой сложный комплекс, в состав которого входитземная станция спутниковой связи (ЗССС). Антенно-фидерное устройство являетсянеотъемлемой частью ЗС, от параметров которого зависят выходные параметры ССС.В связи с этим возникает вопрос об определении взаимосвязи параметров антенндля ЗС с основными параметрами систем СС. Для ЗССС нашли применениеосесимметричные однозеркальные антенны (ООА), неосесимметричные однозеркальныеантенны (НОА), двухзеркальные антенны с разнесенной фокальной осью (схема АДЭ)и с модифицированными поверхностями зеркал, двухзеркальные осесимметричные посхемам Кассегрена и Грегори.
Трех-и более зеркальные антенны не нашли широкого применения в качестве антенн ЗССС,так как отсутствуют характерные преимущества в реализации электрическихпараметров по сравнению с двухзеркальными с модифицированными поверхностямизеркал.
Вкачестве волноводных передающих трактов в основном используются эллиптическиегофрированные волноводы, обладающие определенной гибкостью, что позволяетпридавать тракту наиболее целесообразную конфигурацию.
Приемныеволноводные тракты, как правило, имеют малую длину и выполняются напрямоугольных волноводах, которые соединяют приемные порты комбайнера с МШУ. Вданном курсовом проекте рассматриваются вопросы электрического и конструктивногорасчета антенны собранной по схеме Кассегрена, требования к электрическимпараметрам антенн. Также рассмотрены вопросы электромагнитной совместимостиантенн и расчет санитарно-защищенной зоны в соответствии с действующимиуровнями СВЧ – излучения.
1. Общий анализ, сравнительнаяхарактеристика и требования предъявляемые к антеннам ЗССС
1.1 Общий анализ исравнительная характеристика антенн
В последнее десятилетие вобласти космической и радиорелейной связи, радиоастрономии и других областяхширокое распространение получили двухзеркальные антенны (ДЗА).
Основными достоинствамиосесимметричных ДЗА по сравнению с однозеркальными являются:
1. Улучшениеэлектрических характеристик, в частности повышение коэффициента использованияповерхности раскрыва антенны, так как наличие второго зеркала облегчаетоптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.
2. Конструктивныеудобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания кизлучателю.
3. Уменьшение длиныволноводных трактов между приемо-передающим устройством и облучателем,например, путем размещения приемного устройства, вблизи вершины основногозеркала.
Вместес тем ДЗА свойственны следующие недостатки:
1. высокая степень затенения излучающего раскрыва, особенно для антенн смалым электрическим размером раскрыва, то есть характеризуемым сравнительномалым значением D/λ;
2. высокий уровень боковых лепестков по угловым направлениям, примыкающим кнаправлению главного излучения;
3. значительно более серьезные трудности в конструировании квазичастотнонезависимых облучателей антенны по сравнению с однозеркальной схемой;
4. большие физические размеры облучателя;
5. высокая стоимость.
Принципдействия ДЗА заключается в преобразовании сферического волнового фронтаэлектромагнитной волны, излучаемой источником, в плоский волновой фронт враскрыве антенны в результате последовательного переотражения от двух зеркал:вспомогательного и основного с соответствующими профилями.
Однимиз наиболее распространенных вариантов исполнения двузеркальной антенныявляется антенна типа Кассегрена, содержащая параболоидное основное зеркало,облучатель и вспомогательное зеркало (контррефлектор), представляющее собойчасть поверхности в виде гиперболоида вращения (рисунок 1.1).
Трансформация волновыхфронтов в указанной схеме такова: сферический фронт волны, излученныйоблучателем, после отражения от конррефлектра трансформируется вновь всферический расходящийся фронт, виртуальный источник которого расположен на осисистемы за гиперболоидным контррефлектором в точке фокуса основного рефлектора,а после второго отражения от параболоида трансформируется в плоский волновойфронт.
/>
Рисунок 1.1 — антеннатипа Кассегрена
1.2 Требования,предъявляемые к электрическим параметрам антенн ЗССС
1.2.1Проблема экологической чистоты земной станции
Земныестанции спутниковой связи излучают достаточно высокий уровень мощности. Примощности передающих устройств в 1 кВт и выше автоматически становитсяисточниками экологического загрязнения окружающей среды. Отрицательноевоздействие СВЧ – излучения будет сказываться на здоровье обслуживающегоперсонала ЗС, жителей близлежайших населенных пунктов и других лиц, попавших взону недопустимо больших уровней излучения. Существующие нормы на допустимыеуровни излучения изложены в санитарных нормах и правилах СанПиН2.2.4/2.1.8.055-96 Госкомсанэпиднадзор России, Москва 1966.
Этинормы учитывают как продолжительность вредного воздействия, так и его численнуюхарактеристику, определенную через плотность потока мощности (вектор Пойтинга П[ВТ/м2]). Предельно допустимое значение плотности потока энергиидолжно быть не более 200 мкВт час/см2. Плотность потока энергии естьплотность потока мощности (вектор Пойтинга) умноженный на продолжительностьвоздействия в часах. По нормам предельно-допустимый уровень (ПДУ) плотностипотока мощности при длительности воздействия 8 часов и более равен 25 мкВт/см2,тогда плотность потока энергии будет 25*8=200 мкВт/см2; прикратковременных воздействиях (0,2 часа и менее) плотность потока мощностидолжна быть не более 1000 мкВт/см2. Время пребывания для различныхуровней плотности потока мощности рассчитывают исходя из ПДУ энергетическоговоздействия равного 200 мкВт час/см2. Антенна ЗС ориентирована поднекоторым углом в угломестной плоскости, поэтому с точки зрения экологическойчистоты представляет интерес только сверхближняя зона излучения, котораяограничивает местоположение станции окружностью, радиусом в несколько единицили десятков диаметров раскрыва антенны.
Распределениеэлектромагнитного поля в ближайшей зоне антенны определяет границы санитарно –защитной зоны.
Существуетдва подхода к решению задачи о нахождении распределения поля в ближайшей зоне:
- первый подход заключается в определении этой характеристики для каждойконкретной антенны, используются результаты электрического расчета иэксперимента в ближней зоне;
- второй подход – это нахождение общей закономерности в характеристикахполя в ближней зоне.
1.2.2 ДН антенны ЗС иэлектромагнитная совместимость
Системы спутниковой связи появилисьпозднее наземных систем связи, однако частотные диапазоны, выделенные для них,совпадают с диапазонами других служб и в частности с радиорелейными системами связи.Поэтому возникли проблемы нежелательного воздействия обеих систем связи, причемэти воздействия взаимные.
Основные схемы взаимноговлияния следующие:
- антенны РРЛ,работающие в режиме передачи, напрямую воздействуют на антенны ЗС, работающие врежиме приема;
- ЗС, работающие напередачу напрямую воздействуют на приемные антенны РРЛ.
Взаимные нежелательные воздействияразличных систем связи происходят за счет боковых и задних лепестков ДН антенн.Чем меньше уровень лепестков, тем меньше взаимное влияние. Поэтому уровеньбоковых лепестков должен быть не выше определенного, который задаетсятребованиями на огибающую боковых лепестков. Для различных систем связи этитребования отличаются незначительно. Успешное решение проблемы электромагнитнойсовместимости (ЭМС) невозможно осуществить без некоторого ухудшения другихпараметров антенны ЗС. При разработке антенн ЗС необходимо принимать такиерешения, которые менее всего ухудшают параметры антенны ЗС.
1.2.3 Нормы ирекомендации на параметры антенн ЗССС
В настоящее время имеетсязначительное число международных и национальных организаций, использующихспутниковые системы связи.
Наиболее значительноемеждународные организации:
- Intelsat – это международный консорциумспутниковой связи, в состав которой входят более 130 государств. Через ИЗСсистемы Intelsat, размещенные группами надАтлантическим, Тихим, Индийским океанами, осуществляется около 2/3международного телефонного трафика и практически весь TV обмен;
- Интерспутник –входит более 20 государств. В этой системе используются Российские спутникитипа «Горизонт» (зарегистрирован в международном совете электросвязиМСЭ) под индексом «Стационар» для частного диапазона 6/4 ГГц);
- Eutelsat- входит более 40 государств.
Национальные организацииимеются в США, Германии и др.
Нормы и рекомендации наДН во всех организациях практически совпадают, которые в конечном итогевыливаются в требования на огибающую ДН, на кроссполяризационную развязку и др.
1.2.4 Требования наогибающую ДН в системе «Intelsat»
Согласно п. 1.2 IESS усиление антенн по боковымнаправлениям лимитируется системой формул:
G(q)=29-25lgq (дБи), при 10
G(q)= -3,5 (дБи), при 200
G(q)= 32-25lgq (дБи), при 26,30
G(q)= -10 (дБи), при q>480
При этом:
- допускаетсяпревышение указанного уровня до 10% пиков, как по основной, так и покроссполяризационной ДН;
- при D/l>100 вместо q =1°, следует подставить угол qmin=[(100l)/D]°, где D-диаметрантенны;
- требованияодинаковы для режимов передачи и приема.
1.2.5 Требования кпараметрам антенн для ЗССС системы связи «Интерспутник»
Требованиярегламентированы документом, для систем связи осуществляющих работу в диапазоне6/4 ГГц (документ РСИ-302, «Регламент системы „Интерспутник“). Вэтом документе приведены основные требования к характеристикам антенн ивысокочастотной части ЗС, предназначенных для работы через спутники типа „Горизонт“,»Экспресс", LMI-1.
В регламенте «Интерспутник»приводится классификация ЗС (таблица 1.1).
Таблица 1.1Стандарт ЗС Значение G/T; дБ/К Типичный диаметр антенны, м Максимальный КУ антенны на перед., дБ С1 31,0 9,0…12,0 54,0 С2 28,0 6,5…7,5 51,0 С3 23,5 3,5…5,0 С4 19,3 2,0…3,0 42,0
Шумовая температураопределяется при угле места 50и приведены ко входу облучателяантенны. Данные приведены для средней частоты диапазона.
Требования на огибающуюДН:
- для стандартов ЗСС1 и С2, работающих через спутники «Горизонт», «Экспресс»требуется чтобы КУ у 90%, боковых лепестков не превышал следующих значений:
G(q) =29-25 lgq (дБи), при 10
G(q) = -10 (дБи), приq>480
Уровеньпервого бокового лепестка должен быть ниже на 14 дБ не менее уровня основноголепестка;
— для стандартов С3 и С4
G(q) = 49-10lg(D/l)-25lgq (дБи) при 10
G(q) = 10-10lg(D/l) (дБи) при q>480
Для стандартов С1, С2,С3, С4 при работе через спутники LMI –1 для основной и кроссполяризационной ДН на передачу и прием коэффициентусиления у 90% пиков не превышал значений:
для D/l>50
G(q) =29-25 lgq (дБи), при 10
G(q)= -3,5 (дБи), при 200
G(q)= 32-25lgq (дБи), при 26,30
G(q)= -10 (дБи), при q>480
для D/l
G(q)= 32-25lgq (дБи) при 10
G(q)= -10 (дБи), при q>480
Требования на поляризационные характеристики. Приработе ЗС через спутник «Горизонт» и «Стационар» вдиапазоне 6/4 ГГц антенна должна обеспечить передачу и прием сигналов скруговой поляризацией: при передаче – левого вращения, при приеме – правоговращения. Коэффициент эллиптичности (аксиальное отношение) должен быть не более1,06 (что соответствует поляризационной развязке 30,7 дБ) для антенн диаметромболее 3,5м.
При работе через спутники LMI – 1 затухание для сигнала перекрестной поляризации вэлектрической оси антенны должно составлять не менее 33 дБ для ЗС стандартовС1, С2, С3 и не менее 30 дБ для С4.
Затухание перекрестной поляризации при отклонении отоси должно быть не хуже:
G(q)= 19-25lgq (дБи) при 1,80
G(q)= -2 (дБи), при 70
Затухание для сигнала перекрестной поляризации налюбой частоте передачи и приема при отклонении от оси по контуру – 1 дБ должносоставлять не менее 28 дБ для стандартов С1 – С3, и не менее 25 дБ для С4.
1.2.6 Российские требования на параметры антенн для ЗС
Требования на параметры антенн для ЗССС входят всостав более общего документа, регламентирующего «Общие техническиетребования на станции земные для линий спутниковой связи, работающие с ИЗС нагеостационарной орбите в диапазонах частот 6/4,14/11…12 ГГц.
Настоящие требования, утвержденные Госкомсвязи РФ,распространяются на выпускаемые в РФ и импортируемое оборудование.
Частотные диапазоны ЗС, МГц
на передачу: на прием:
5725…6725 3400…4200
6725…7025 4500…4800
12750…13250 10700…11700
14000…14500 10950…11200
11450…11700
12500…12750
1.2.7 Требования к параметрам антенн ЗС
1. Уровень боковых лепестков ДН антенны ЗС сотношением D/l>50 должен удовлетворять Рекомендациям580-5 и 465-5 МСЭ-Р (Международный Совет по электрорадиосвязи) согласно которымантенны ЗС должны иметь усиление G(q), (дБи), по крайней мере, в 90%пиков боковых лепестков ДН не превышающих значений, определяемых формулами:
G(q) =29-25 lgq (дБи), при 10
G(q)= -3,5 (дБи), при 200
G(q)= 32-25lgq (дБи), при 26,30
G(q)= -10 (дБи), при 480
где угол q — угол, отсчитываемый от оси главного лепестка ДН антенны;
qmin=10или [100l/D]0, если 100l/D>1
D – диаметр антенны;
l – длина волны.
2. Размеры антенн, коэффициент усиления, вид и числополяризаций определяются системными требованиями и указываются в ТУ на ЗС.
3. Кроссполяризационная развязка в тракте передачидолжна быть не менее 30 дБ, в тракте приема не менее 25 дБ в контуре сослаблением 0,5 дБ.
При работе без поляризационного уплотнения развязка вобоих трактах должна быть не менее 19 дБ в контуре с ослаблением 0,5 дБ.
4. Развязка между приемными и передающим трактамидолжна быть такой, чтобы при максимальной мощности на выходе всех передатчиковЗС, кроме резервных, уменьшения соотношения сигнал-шум на входе приемника(малошумящее устройство – МШУ), работающего в линейном режиме, на частотепринимаемого сигнала не превышало 0,3 дБ.
5. Потери ЗС в уровне принимаемого сигнала из-занеточности наведения не должны превышать 0,4 дБ для ЗС классов С1-С4 и К1-К3, и1,0 дБ для классов С5-С7 и К4-К6.
6. В соответствии с Рекомендацией МСЭ – Р 524плотность эквивалентной изотропной излучаемой мощности (ЭИИМ) при любом угле отоси главного лепестка ДН антенны q, равным при большим 2,50в полосе шириной 4 кГц,в любом направлении в пределах ± 30от геостационарной орбиты не должна превышать значенийопределяемых по формуле:
ЭИИМ=[32 – 25lgq], />
2. Электрический иконструктивный расчет характеристик антенны, собранной по схеме Кассегрена2.1 Расчетэнергетических характеристик антенны
К основным энергетическимхарактеристикам антенны относят коэффициент усиления и коэффициентнаправленного действия. Коэффициент усиления передатчика можно определить поформуле:
/>
/>
/>
Таким образом, мыполучили коэффициент усиления передатчика в дБ. Для того, чтобы выразить Gпер в раза необходимо использоватьизвестное соотношение:
/>
/>
Коэффициентанаправленного действия (КНД) определяется как отношение коэффициента усиления кКПД. КПД определяется в техническом задании. Примем его равным 0,87. При этихзначениях, КНД определиться как:
/>;
/>
2.2 Расчет радиусараскрыва большого зеркала
В предварительныхрасчетах радиус раскрыва вычисляется без учета площади затенения. Дляопределения предварительного радиуса раскрыва (R/0)используем следующее соотношение:
/>,
где КИП примем равным0,6;
/>.
Выразим из данногосоотношения площадь раскрыва и затем определим R/0:
/>
/>
Как известно площадьокружности определяется по формуле:
/>
В результате получим, чтопредварительный радиус равен:
/>
Теперь мы можем получитьдиаметр как большого, так и малого зеркал:
/>
/>
при этом диаметр малогозеркала определяется в соответствии с рекомендациями:
/>
/>
В дальнейшем намнеобходимо учитывать площадь затенения, иными словами определить площадь малогозеркала, и соответственно вычислить радиус раскрыва с учетом этой площади.Площадь тени можно определить как:
/>,
где />
/>
Теперь нам необходимопроверить соотношение R/0
Ψ0= 1000…1050,примем Ψ0=1030;
φ2= 400…410,примем φ2=410;
2.3 Расчетэксцентриситета малого зеркала гиперболы, фокусных расстояний зеркал и диаметраоблучателя
/>;
/>
Помимо аналитическоговычисления эксцентриситета малого зеркала гиперболы, приведем графическое. Нарисунке 2.1 представлены графики, показывающие значения измененияэксцентриситета образующей гиперболы в зависимости от углов (Ψ0)и (φ2).
/>
Рисунок 2.1 – зависимостьэксцентриситета от углов (Ψ0) и (φ2).
Из графика видно, что приуглах Ψ0=1030и φ2=410значение эксцентриситета близко к полученному при аналитических вычисленияхрезультату: />.
Для дальнейшего расчетанам необходимо определить фокусное расстояние большого (F) и малого (f) зеркал. Это можно сделать, используя следующее соотношение:
/>;
/>
Из приведенного вышесоотношения видно, что Fэ определится как:
/>;
/>
Теперь рассчитаемфокусное расстояние малого зеркала, при этом формула для его определениявыглядит следующим образом:
/>;
/>
Как известно, разностьрасстояний от фокусов до произвольной точки на поверхности гиперболоида постоянна,т.е. />, где 2а – это расстояниемежду его вершинами. Расстояние между фокусами гиперболоида />. При этом эксцентриситетобразующей гиперболы равен />.Наглядно расстояние 2а и 2С представлены на рисунке 2.2.
/>
Рисунок 2.2 – графическоепредставление расстояний 2С и 2а
Теперь мы можем отыскатьчисленные значения расстояний 2С и 2а. Для этого используем выражение:
/>;
/>
/>;
/>
Выполним проверку наусловие />, условие /> удовлетворено,следовательно, расстояния найдены, верно.
На завершающем этаперасчета данного параграфа нам необходимо определить диаметр облучателя:
/>;
Таким образом, диаметроблучателя можно определить как:
/>;
/>
При этом условие />выполняется.
2.4 Расчет профилейбольшого и малого зеркал
Данныйрасчет производится на основе известных выражениях для ρ(ψ) как длябольшого зеркала параболоида, так и для контррефлектора. Эти выражения выглядятследующим образом,
/>;
/>;
для большого и малого зеркалсоответственно.
Для упрощения алгоритмавычислений в курсовой работе данный расчет был произведен и запрограммирован спомощью приложения MathCADprofessional.
На первом этаперассчитаем профиль параболы:
Значение угла ψбудет варьировать от (– ψ0)до (ψ0).В результате получим значения для ρ(ψ), которые приведены ниже.
/>/>
для большого зеркала длямалого зеркала
На рисунке2.3 выполненном в полярных координатах представлены профили обоих зеркал. Нарисунках 2.4 и 2.5(а, б) данные профили изображены отдельно, при чем на (рис.2.5б) профиль параболы представлен в полярных координатах.
/>
Рисунок2.3 – профили параболы (черная) и гиперболы (красная)
/>
Рисунок 2.4 – контррефлектор
/>
а) профиль большогозеркала
/>
б)профиль большого зеркала в прямоугольных координатах
Рисунок2.5 – изображение параболоида
2.5 Расчетэлектрических характеристик, допуск на изготовление
Данныйпараграф включает в себя расчет предельно допустимых значений. Нам необходимоопределить допуск на изготовление:
/>,
где n определяет технологию производства. Примем n=3.
/>
Коэффициентнаправленного действия зеркальных антенн пропорционален отношению площадираскрыва к длине волны (это положение является общим для всех апертурныхантенн). Следовательно, у каждой данной зеркальной антенны с укорочением длиныволны можно ожидать увеличение КНД. Теперь мы должны определить минимальнуюдлину волны, при которой КНД будет максимальным:
/>;
/>
/>
Цельюнашего расчета является определение максимального (КНДmax):
/>;
/>
2.6 Расчетдиаграммы направленности облучателя
Напервом этапе мы должны определить тип облучателя. Из всего многообразия типов ивидов облучателей наиболее предпочтительным для нашего проекта является круглыйволновод с переходом в конический рупор. Наша задача – это определение и графическоеотображение главного бокового лепестка оптимального конического рупора. Поэтому лепестку мы должны убедится, что ДН облучателя уложена в угол φ2.Рисунок 2.6 содержит данные для определения главного лепестка. На нем указаныуглы θ с осью рупора />,соответствующего различным уровням главного лепестка.
/>
/>
Рисунок2.6
Длятого, чтобы построить ДН облучателя нужно работать по следующему алгоритму (см.рис. 2.6). На оси абсцисс откладываем полученное значение />, затем, проведя нормаль коси рупора, получаем значения углов θ и значений главного лепестка (см.рис. 2.7). Графическое представление диаграммы направленности облучателяизображено на рисунке 2.7. При этом мы можем видеть, что лепесток уложен в уголφ2.
2.7 Расчетамплитудного распределения в раскрыве зеркала антенны
Распределениеамплитуд в раскрыве зеркала определяется по формуле:
/>,
где /> – это коэффициентпересчета. Он определяется как:
/>;
/>
/>
Изменяяпределы угла Ψ от 0 до Ψ0получим значения ρ(ψ)(см. таблицу 2.1).
Таблица2.1
/> 10 20 30 40 50 60 70 80 90 103
/> 1 0,999 0,997 0,993 0,988 0,981 0,971 0,958 0,941 0,918 0,888
Наоснове этих значений строим амплитудное распределение без учета облучателя.
Для того,чтобы построить амплитудное распределение с учетом облучателя мы должныпересчитать /> к зависимости от угла ψ.Данное преобразование целесообразно выполнить с использованием следующейформулы:
/>
Результатывычислений сведем в таблицу 2.2.
Таблица2.2
/> 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 103
/> 2,98 6 9,11 12,36 15,79 19,486 23,53 28,024 33,13 39 41
/> 0,985 0,95 0,9 0,82 0,67 0,535 0,43 0,3 0,21 0,145 0,13
Такимобразом, амплитудное распределение с учетом облучателя будет иметь значенияпредставленные в таблице 2.3
Таблица2.3
/> 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 103
/> 1 0,985 0,949 0,89 0,82 0,67 0,519 0,412 0,28 0,19 0,13 0,114
Порезультатам вышеприведенных вычислений построим график зависимости (/> и />) амплитудногораспределения с учетом и без учета облучателя соответственно (см. рис. 2.8). Нарисунке 2.8 представлено нормированное амплитудное распределение.
/>
Рисунок2.8 – амплитудное распределение в раскрыве антенны с учетом и без учетаоблучателя
2.8 Расчетдиаграммы направленности антенны
Диаграммунаправленности антенны будем определять по апертурному методу расчета поляизлучения зеркальной антенны. В апертурном методе поле излучения антеннынаходится по известному полю в ее раскрыве. В этом методе в качестве излучающейрассматривается плоская поверхность раскрыва параболоида с синфазным полем иизвестным законом распределения его амплитуды.
Задачанахождения поля излучения зеркальной антенны при апертурном методе расчетаразбивается на две:
1. Вначале находится поле в раскрыве антенны (внутренняя задача) (см.параграф 2.7).
2. По известному полю в раскрыве определяется поле излучения (внешняязадача).
Дляупрощения последующих расчетов найденное значение амплитудного распределенияцелесообразно аппроксимировать интерполяционным полиномом:
/>.
Этотполином хорошо аппроксимирует фактическое распределение поля в раскрывепараболоида и для нахождения поля излучения при такой аппроксимации нетребуется громоздких вычислений.
Коэффициентыполинома определяются из системы уравнений:
/>
Дляупрощения вычислений обычно можно ограничится тремя членами полинома, т.е.положить m=2.
Тогда />.
В этомслучае в качестве узлов интерполяции берут точки в центре раскрыва зеркала />, на краю зеркала /> и приблизительно всередине между этими крайними точками />.Коэффициенты этого полинома определяются системой уравнений:
/>
где />,
Такимобразом, получим:
/>
подставимполученные величины во второе уравнение:
/>
Подставивв первое уравнение полученные коэффициенты полинома, убеждаемся, что расчетвыполнен, верно:
/>.
Так какмы ограничились тремя членами полинома, т.е. положили m=2,то нормированная диаграмма направленности опишется выражением:
/>,
где
/>
Используяприложение MathCAD, определим необходимые данные, ирезультаты расчетов сведем в таблицу 2.4 для удобства построения. На рисунке2.9 представлена диаграмма направленности антенны.
/>
/>
Таблица2.4 u 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Λ1(u) 1 0,88 0,59 0,24 -0,02 -0,13 -0,10 -0,01 0,054 0,059 0,02
Λ2(u) 1 0,92 0,71 0,45 0,2 0,03 -0,05 -0,05 -0,02 0,011 0,02
Λ3(u) 1 0,94 0,78 0,56 0,34 0,154 0,04 -0,02 -0,03 -0,02 0,006 F(u) 1 0,91 0,68 0,39 0,14 -0,02 -0,07 -0,05 -0,005 0,023 0,023
3. Техника безопасности и охрана труда
3.1 Классификацияфакторов, влияющих на условия труда
Условиятруда – это совокупность факторов производственной среды, оказывающих влияниена здоровье и работоспособность человека в процессе труда. Условия труда должныисключать предпосылки для возникновения травм и профессиональных заболеваний.
Факторы, составляющие условиятруда, обычно делятся на четыре основные группы.
Первая группа факторов –санитарно-гигиенические – включает показатели, характеризующие производственнуюсреду рабочей зоны. Они зависят от используемого оборудования и технологическихпроцессов, могут быть оценены количественно и нормированы. К первой группефакторов относятся: освещенность рабочего помещения, механические колебания,излучение.
Вторую группу составляютпсихофизиологические элементы, обусловленные самим процессом труда. Из этойгруппы только часть факторов может быть оценена количественно. К этим факторамотносятся: физическая нагрузка, рабочая поза, нервно-психическая нагрузка,монотонность трудового процесса, режим труда и отдыха, трававмоопасность.
К третьей группеотносятся эстетические факторы, характеризующие восприятие работающимокружающей обстановки и ее элементов, количественно они оценены быть не могут.Эта группа факторов представлена эстетической гармоничностью в рабочей зоне,качеством интерьера помещений, наличием различных дополняющих рабочую средуэстетических факторов.
Четвертая группа включаетсоциально-психологические факторы, характеризующие психологический климат вданном трудовом коллективе (сплоченность коллектива, характер межгрупповыхотношений в коллективе), количественно также не оцениваются.
Для обеспеченияблагоприятных условий для нормальной работы и безопасности персоналапредприятий необходимо производить контроль за выполнением норм и соблюдениемкачества всех вышеперечисленных факторов.
3.2 Мерыбезопасности при работе с электрооборудованием
В каждом антенномустройстве могут возникать перенапряжения, представляющие опасность для людей иоборудования. Их причиной может быть, например, соприкосновение деталейантенного устройства с деталями другого оборудования, находящегося поднапряжением, влияние атмосферного оборудования, а в экстремальном случае,конечно, и удар молнии непосредственно в антенное устройство или в соседние сним детали и оборудование.
При монтаже антенногоустройства необходимо следовать общим рекомендациям: в частности, антенныеустройства не должны создавать препятствий или помех для других сооружений.
Антенные устройства,установленные вне зданий, следует, как правило, соединять проводом ссоответствующим заземлителем. Лучше всего, если здание уже оборудованомолниеотводом, в этом случае антенную мачту кратчайшим путем соединяют проводомс молниеотводом. Если используются непроводящие антенные мачты, то для защитыих от разрушения при ударе молнии прокладывают до верха мачты провод и соединяютего с заземлителем или молниеотводом.
В качестве заземлителейможно использовать следующее:
1. Металлическиетрубы, если они под землей на большом протяжении имеют хорошую токопроводящуюсвязь с трубопроводными сетями.
2. Грозозащитныезаземлители, имеющие сопротивление в соответствии с действующими стандартами.
3. Стальные каркасыи арматуру в зданиях из железобетона или сборных элементов.
4. Защитныезаземлители низковольтного электрооборудования.
Заземляющие проводаследует кратчайшим путем прокладывать к заземлителям, причем они должнырасполагаться по возможности вертикально. Однако допустима и частичнаягоризонтальная или наклонная прокладка, например при обводе выступов зданий.Заземляющие провода должны быть видны (не следует вести их по трубам или подштукатуркой), чтобы можно было своевременно обнаружить их повреждения. Такиепровода (изолированные или неизолированные) можно прокладывать непосредственнопод деревянными конструкциями без опорных хомутов. Однако места соединенияпроводов не должны соприкасаться с деревянными деталями и находиться вблизилегко воспламеняющихся материалов.
Заземляющие проводасоединяются с проводящими трубами посредством хомутов с контактной поверхностьюне менее 10 см2.
К самостоятельным работампо обслуживанию антенно-мачтовых сооружений, антенных устройств,антенно-волновых трактов, допускаются профессионально подготовленные лица немоложе 18 лет, прошедшие медицинское свидетельствование.
При приближении и вовремя грозы, сильном дожде и снегопаде подниматься на сооружения запрещается.Перед проведением работ на мачтах, антеннах, фидерных линиях и в антенныхпавильонах необходимо сныть питающие напряжения. В радиоцентрах, на которыходновременно действует несколько передатчиков, работать на опорах, антеннах илифидерах можно только при отключенных от передатчиков фидерах (антеннах); наместе работы должны быть установлены переносные заземления, обеспечивающиеминимальное наведение ЭДС на рабочем месте.
На фидерных опорах ипорталах с несколькими фидерами, из которых хотя бы один находится поднапряжением, должны работать (по наряду) два человека. Противофазные проводаучастка фидера передающей антенны, на которой ведутся работы, должны бытьзакорочены между собой с обеих сторон и заземлены. Если на одной опоре илипортале несколько фидерных линий передающих антенн проходят более чем в одинярус, то ремонтные и другие работы на верхнем фидере запрещаются, если нижнийфидер находится под напряжением.
При любых коммутаторах илюбой схеме коммутации перед переключением антенны нужно предварительновыключить анодное напряжение на передатчике. Персонал на антенном поле, внутриантенных павильонов или технических зданий должен переключить фидерные линии всоответствии с инструкцией, учитывающей местные особенности. На участкахантенного поля, где напряженность электрического поля превышает установленныенормы, должны быть установлены предупреждающие плакаты.
Перед проведением работна антенной системе земных станций спутниковой связи, помимо снятия напряженияс передающего оборудования, должны быть отключены блокировка приводаантенно-поворотного устройства, автоматы усиления угловых перемещений антенны ипреобразовательного агрегата, питание сканирующего устройства, сигнальноеосвещение и вывешены предупредительные плакаты: „Не включать! Работаютлюди“. При работе на антенной системе обязательно применениепредохранительных поясов (страховочной веревки) и защитных касок. При очисткезеркала от снега работы могут проводиться при наклонном положении оси антенны,во всех других случаях электрическая ось антенны должна быть направленавертикально.
Меры безопасности привыполнении работ на мачтах и башнях радиорелейных линий (РРЛ) оговариваютсяспециальными инструкциями, учитывающими особенности их конструкций. Однако влюбом случае мачтовик должен работать в обуви с нескользящей подошвой, плотноподогнанной одежде, каске, с монтерским поясом. При использовании люлькиподнимать и опускать антенщика-мачтовика необходимо только по его команде.Работы на высоте должны выполняться не менее чем двумя мачтовиками, один изкоторых работает на мачте, а другой наблюдает за работающим, чтобы принеобходимости оказать ему немедленную помощь. Вокруг мачт и башен опаснойсчитается зона, граница которой отстоит от центра основания опоры на 1/3 еевысоты. На обслуживаемых РРС опасная зона обозначается предупредительнымизнаками, а подходы к техническому зданию, находящиеся в этой зоне, должны бытьзащищены навесами. При проведении работ в опасной зоне разрешается находитьсятолько лицам, непосредственно связанным с этими работами. Подвеска воздушныхэлектрических линий, линий сигнализации, связи с конструкциями мачт и башензапрещена.
Открытые токоведущиечасти электроустановок, доступные случайному прикосновению персонала, должныбыть закрыты или ограждены, когда напряжение в помещениях с повышеннойопасностью превышает 36, а в особо опасных помещениях – 12 В. Около передающихустройств при наличии открытых токоведущих частей оборудования должны иметьсядиэлектрические коврики или дорожки шириной не менее 0,5 м и длиной,соответствующей длине аппаратуры.
Заключение
В ходекурсового проектирования была спроектирована антенна для Земной станцииспутниковой системы связи. Для этого был произведен расчет электрический иконструктивный параметров антенны ЗССС.
Врезультате расчёта получили параметры антенны, соответствующие параметрамзаданным техническим заданием. При проектировании были успешно примененыэлементы программирования в MathCAD и отображены схемыдвухзеркальной антенны собранной по схеме типа Кассегрена.
Списокиспользуемой литературы
1) Драбкин А.Л., Кислов А.Г… Антенно-фидерные устройства, учебник дляВУЗов М – 1974г
2) Фрадин А.З… Антенно-фидерные устройства; Издательство „Связь“М – 1977г
3) Баклашов Н.И., Китаева Н.Ж., Терехов Б.Д.; Охрана труда на предприятияхсвязи и охрана окружающей среды „Радио и связь“ М – 1989г
4) Методическое пособие по курсовому проектированию под редакцией МикрюковаМ.И.