Раздел 1
Введение
Задание на курсовую работу по дисциплине «Антенны и устройстваСВЧ»:
Номер варианта согласно номеру зачётной книжки студента: 11
Тип проектируемой антенны согласно варианта: Широкополосныйсимметричный вибратор (диполь С. И. Надененко).
Данные для расчёта широкополосного симметричного вибратора:
Диапазон рабочих волн:
/> м
/> м
Излучаемая мощность:
/> Вт
Протяжённость радиолинии:
/> км
Фидер: двухпроводный.
Область применения диполя С. И. Надененко:
Диполь Надененко — антенна дипольного типа (широкополосный вибратор)предназначена для приема и передачи радиосигнала на частоте 1,5 — 30 МГц.
Область применения антенны — радиолюбительские системы радиосвязи.
Применение современных широкополосных согласующе-симметрирующихтрансформаторов позволяет согласовывать диполь Надененко с коаксиальной линиейв широком диапазоне частот. Так как эта антенна имеет горизонтальнуюполяризацию и является симметричной, то КПД ее стремится к 100%, что выгодноотличает ее от известных широкополосных вертикальных антенных систем.
Для расширения полосы пропускания дипольной антенны С. Надененко увеличилдиаметр излучающих элементов полотна антенны, что приводит к снижению добротностиколебательной системы и расширению полосы пропускания антенны. Входноесопротивление такой антенны колеблется от 200 до 300 ом. и для питания антенныиспользовалась двух проводная или четырех проводная симметричные линии. Длятрансформации входного сопротивления применяется трансформатор на двухферритовых кольцах диаметром 32мм. (до 300Вт.) и бинокулярного типа на десятикольцах (1кВт.)
Дополнительные изменения в конструкции антенны диполь Надененко +:
Уменьшили количество проводников с шести до трех в полотне антенны, чтопозволяет, при сохранение прежнего объема (в электродинамическом смысле),уменьшить вес и ветровое сопротивление антенны.
Кроме этого, взамен полевого провода, применен оцинкованный канатдиаметром 2.5 мм., что при сохранении прежней цены позволило увеличитьпрочность и долговечность антенны.
При монтаже такой антенны нужно стремиться поднять ее центр намаксимальную высоту. Положение концов вибратора не столь критично к земле.Кабель питания, особенно вблизи антенны, нужно стремиться прокладыватьперпендикулярно полотну антенны. Такая антенна не требует настройки и КСВ менее2-х получается на частотах от 1,7 до 29 МГц.
Раздел 2. Облучатель антенны
Производим расчёт геометрических размеров и электрических параметровантенны:
1. Для заданной протяжённости радиолинии R определяем угол скольженияΔ0 (угол наклона ДНА над горизонтом) из графика на рисунке 1, где H — высота ионизированного слоя.
/>
/>
2. Вычисляем высоту подвеса над Землёй (для среднего значениярабочей длины волны):
/>м.
/>м.
3. По заданному рабочему диапазону волн находим длину плеча вибратора.Значение длины плеча должно удовлетворять неравенству:
0,25 />
Исходя из условий удовлетворения данного неравенства выбираем длинуплеча:
/>м.
4. Строим эскиз конструкции антенны: смотри приложение 2.
Радиус цилиндрической поверхности вибратора rц выбираем в пределах 0,25… 0,75 м, а число проводов n = 6… 8.
В данном случае:
/> м/>
/>
Эквивалентный радиус вибратора rэ, то есть радиус вибратора,выполненного из металлического цилиндра и имеющего такое же волновоесопротивление, как и рассматриваемый вибратор, рассчитываем по формуле (где /> - радиуспроводов, из которых выполнен вибратор):
/>м.
5. Определяем волновое сопротивление диполя (без учёта наведённыхсопротивлений):
/>Ом.
6. Для трёх длин волн /> , /> , /> находим сопротивленияизлучения вибраторов RΣ и реактивные сопротивления XΡ c учётомвлияния Земли.
Значения /> и находим из графиков на рисунках2, 3, 4; значения /> находим из графиков на рисунках5, 6, 7.
/>
/>
/>
/> Ом
/> Ом
/> Ом
/> Ом
/> Ом
/> Ом.
Значения /> находим из графика на рисунке 8,9,10; значения /> находим из графика на рисунке11,12,13:
k*l — произведение волнового числа k на длину плеча вибратора l;k=(2*Пи/лямбда), поэтому произведение k*l будет иметь размерность [радианы],которые можно перевести в градусы.
/> /> />
/> /> />
/> /> />
k*d — тоже самое, d — расстояние между вибратором и его зеркальнымотображением (d=2H):
/>м.
/> /> />
/> /> />
/> Ом.
/> Ом.
/> Ом.
/> Ом.
/> Ом.
/> Ом.
Сопротивления излучения вибраторов:
/> Ом.
/>Ом.
/>Ом.
Реактивные сопротивления XΡ c учётом влияния Земли:
/>Ом.
/>Ом.
/>Ом.
7. Рассчитываем входное сопротивление диполя для трёх длин волн
/> , /> , />:
/>
/>Ом.
/>
/>Ом.
/>
/>Ом.
Полученные значения позволяют оценить рассогласование фильтра с антеннойв рабочем диапазоне длин волн.
8. Выбираем фидерную линию.
Тип фидера проектируемой антенны открытый, симметричный, двухпроводный(рисунок 14). Волновое сопротивление фидера Wф выбирается по известномувходному сопротивлению антенны на рабочей частоте, то есть:
Wф = Rвх (λср).
Для передающих антенн фидер выполняется из проводов диаметром 3… 6 мм,расстояние между проводами обычно составляет 225… 450 мм.
В данном случае фидер выполнен из:
провода диаметром d = 2a = 6 мм, то есть: /> мм.
расстояние между проводами: />мм.
Волновое сопротивление двухпроводной линии определяется по формуле:
/>Ом.
9. Рассчитываем модуль коэффициента отражения для волн /> , /> , />:
/>
/>
/>
10. Рассчитываем модуль коэффициента бегущей волны на этих же длинахволн:
/>
/>
/>
Согласование считается удовлетворительным, если КБВ в рабочем диапазонене хуже 0,3… 0,5.
В данном случае согласование составило 0,22.
11. Рассчитываем КПД линии передачи:
/>
В формуле:
/>,
где />;d — диаметр провода в см, /> см; λ — длина волны вметрах,
/>м;γ — удельная объёмная проводимость провода, для медного провода /> См/м;
/>дБ/м,так как значение α подставляется в формулу в Нп/м, то переведём α издБ/м в Нп/м:
дБ/м = 8,69α Нп/м, значит />Нп/м.
/>
12. Определяем максимальная напряжённость электрического поля околопроводов вибратора:
/> ,где:
/> -мощность излучения в Ваттах; />Вт; d — диаметр провода в см, /> м.
/>
/>В/м.
Допустимой является величина порядка (6… 8)*105 В/м.
13. Уточняем максимально допустимую мощность, пропускаемой фидером:
/> м — радиус проводов фидера:
/> Вт.
14. Рассчитываем диаграмму направленности антенны:
ДНА принято оценивать в трёх плоскостях: для двух вертикальных (при /> и при />) игоризонтальной.
Диаграмму направленности в горизонтальной плоскости рассчитываем поформуле:
/>
Диаграмму направленности в вертикальной плоскости, перпендикулярной осивибратора при /> (Н-плоскость), рассчитываем поформуле:
/>,
где отсчёт Δ ведётся от поверхности Земли.
Для определения нулевых направлений излучения воспользуемся соотношением:
/>,где p = 0, 1, 2, ...
Диаграмму направленности в вертикальной плоскости, проходящей через осьвибратора при /> (Е-плоскость), рассчитываем поформуле:
/>
15. Рассчитываем коэффициент направленного действия антенны D0 внаправлении максимального излучения (при идеально проводящей поверхности Земли)на λср:
/>
16. Определяем КПД антенно-фидерной системы.
КПД антенны ηа отлично от единицы в основном за счёт потерь в Земле.При хорошо развитом заземлении />.
Общий КПД антенно-фидерной системы равен:
/>
Приложение 1
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>