Расчет приемной антенны

1. Задание на курсовую работу.

2. Определение коэффициента полезного действия фидера бортовой антенны.

3. Расчет схемы питания антенны.

4. Расчет диаграммы направленности антенны.

Заключение

Список использованной литературы.

Введение

Данная курсовая работа предназначена для закрепления навыков и формирования умений работы с антенно-фидерными устройствами. Ведь умея использовать полученные знания в ходе курса АФУ, мы научимся работать с большинством антенн, работать в различных сферах связи.

Целью курсового проекта является расчет основных электрических характеристик и направленных свойств антенн, входящих в состав спутниковых систем радиосвязи, телевидения, и радиорелейных линий связи.

1. Задание на курсовую работу Спутник находится на геостационарной орбите и используется как ретранслятор для прямого телевизионного вещания на линии Земля-ИСЗ-Земля. Спроектировать наземную антенну для непосредственного приема телевизионных программ в дециметровом диапазоне радиоволн.

Исходные данные для проектирования представлены в таблице 1:

Таблица 1.

Пояснение к заданию В таблице 1 использованы следующие обозначения:

l_ф1-длина фидера, питающего передающую антенну;

P₂-мощность на входе малошумящего приемного устройства;

f_раб-рабочая частота передающего устройства;

P₁-мощность бортового передатчика;

G₁-коэффицент усиления бортовой антенны.

Протяженность радиолинии Земля-ИСЗ составляет 40 000 км. Потерями в фидере приемной антенны можно пренебречь.

2. Определение коэффициента полезного действия фидера бортовой антенны В согласованном режиме коэффициент полезного действия фидера определяется по формуле:

з_ф1=e^-0.23бl_ф, (2.1).

где бкоэффициент затухания в фидере (принять равным 0.1 дБ/м);

l_ф-длина фидера, м Подставляя в формулу 2.1 имеющиеся значения мы имеем:

з_ф1=e^-0.23*0.1*3=е^-0.069=0.934.

Выбор конструктивных размеров антенн.

Проектируемая антенна представляет собой синфазную решетку, элементом которой является спиральная антенна с небольшим количеством витков.

Количество элементов решетки определяется коэффициентом усиления антенны, необходимым для обеспечения заданного уровня мощности сигнала на входе приемного устройства.

Коэффициент усиления определяется из формулы:

(2.2).

где r-расстояние от поверхности Земли до точки расположения спутника на орбите;

з_ф1-коэффициент полезного действия фидера передающей антенны;

з_ф2-коэффициент полезного действия фидера приемной антенны (положить равным единице);

F-множитель ослабления в земной атмосфере (положить равным 0.8).

Из формулы (2.2) получаем, что коэффициент усиления равен:

(2.3).

Подставляя наши данные в формулу (2.3), найдем коэффициент усиления:

После этого определяем количество витков в спиральной антенне из условия:

(2.4).

где l? л;

n — количество витков спирали;

d — шаг спирали.

Шаг спирали d определяется из формулы:

d?лcosб (2.5).

где б-угол захода спирали, который выбирается из условия:

б=10?15?

Расчеты показывают, что как правило, количество витков спирали оказывается весьма большим. Применять одиночную спираль с большим количеством витков совершенно нецелесообразно, так как эффективно работают только несколько первых витков.

Поэтому одиночную многовитковую спираль можно «разрезать» на отдельные спирали с малым количеством витков (n=3?7), из которых потом уже формируется синфазная решетка. При этом предполагается, что коэффициент усиления антенны остается неизменным. Расстояние между осями спиралей обычно выбирается равным 0,5л.

Используя формулы (2.4) и (2.5) найдем общее количество витков для нашей антенны:

3. Расчет схемы питания антенны Питание спиральной решетки осуществляется системой из отрезков коаксиального кабеля. Нужно так построить систему питания антенны, чтобы ее входное сопротивление равнялось волновому сопротивлению магистрального фидера (W_ф= 75 Ом). Входное сопротивление одиночной спирали определяется по формуле:

(3.1).

где l-длина витка.

Для этой цели в качестве согласующих устройств применяют трансформаторы в виде четвертьволновых отрезков коаксиального кабеля. В нашем случае нам надо построить схему питания синфазной решетки из 6 спиралей.

При длине отрезка, соединяющего вход спирали с точкой В, равной половине длины волны в кабеле л_к (л_к=л/?м), входное сопротивление спирали пересчитывается в точку В с коэффициентом трансформации n=1,.

где м-относительная диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего кабель (?=2.2−2.4).

Поэтому общее сопротивление 6 спиралей в точке В.

Для согласования с магистральным фидером необходим л/6-трансформатор с волновым сопротивлением.

4. Расчет диаграммы направленности антенны Расчет диаграммы направленности антенны имеет вид:

F (ц)=F₁(ц) F₂(ц) F₃(ц), (3.2).

где F₁(ц)-множитель, характеризующий диаграмму направленности одного витка спирали;

F₂(ц)-множитель, характеризующий направленные свойства одной спирали;

F₃(ц)-множитель синфазной решетки.

Диаграмма направленности одного витка спирали приближенно можно описать выражением:

F₁(ц)?соsц. (3.3).

Так как спиральная антенна относится к классу решеток бегущей волны, то.

(3.4).

где n-количество витков;

d-шаг спирали.

Множитель спиральной решетки описывается выражением:

антенна фидер электрический.

(3.5).

где N-количество спиралей в данной плоскости;

d_c— расстояние между центрами соседних спиралей.

Рассчитаем диаграмму направленности для Н-плоскости, подставив наши значения в формулу (3.2), учитывая что F₂(ц)=1:

Определим ширину главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности и по нулевому уровню:

2 м_0.5=0.23.

2 м ^?=0.51.

Рассчитаем диаграмму направленности для Е-плоскости, подставив наши значения в формулу (3.2):

Определим ширину главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности и по нулевому уровню:

2ц_0.5=0.03.

2ц?=0.3.

Заключение

Курс антенно-фидерных устройств помог мне разобраться в процессах, которые происходят в различных видах антенн, вибраторов. Так же я смогла узнать всё разнообразие и их назначение в технической сфере.

В данной работе были произведены математические расчеты (коэффициент полезного действия фидера, коэффициент усиления по мощности, количество витков, количество спиралей, диаграммы направленности антенны). Все математические выкладки позволили спроектировать наземную антенну для непосредственного приема телевизионных программ в дециметровом диапазоне радиоволн.

Данный курс был очень интересным, т.к. мы непосредственно работали с устройствами передачи и приема сигнала, научились настраивать нужный диапазон частот, по диаграмме направленности определять раскрыв антенн и подчерпнули много других практических знаний.

1. Г. Н. Кочержевский, Г. А. Ерохин, Н. Д. Козырев Антенно-фидерные устройства. Радио и связь, 1989, с. 170−174.

2. В. П. Чернышов, Д. И. Шейман Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства, Радио и связь, 1973, с. 272−276.