Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства систем подвижной радиосвязи

Федеральное агентство связи Поволжский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики Кафедра Электродинамики и Антенн Курсовая работа по дисциплине

«Распространение радиоволн и антенно — фидерные устройства систем подвижной радиосвязи»

Вариант № 4

Пояснительная записка на 14 листах Выполнил:

студент группы РС — 01

Ваничкин Д.Д.

Проверил: проф. Кубанов В.П.

Самара 2013 год Содержание Рецензия Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн — Задача 1

Линейные симметричные электрические вибраторы — Задача 2

Антенные решетки — Задача 3

Излучающие поверхности — Задача 4

Распространение радиоволн — Задача 5

Использованные ресурсы Параметры антенн и фидеров. Элементарные излучатели электромагнитных волн — Задача 1

Антенна расположена в центре системы координат, приведённой на рисунке 1. Характеристика направленности антенны описывается функцией

(1).

Для плоскости построить нормированную диаграмму направленности этой антенны в полярной системе координат и определить уровни первого бокового лепестка .

Рисунок 1

Решение. Согласно заданная характеристика направленности при зависит только от угла. Запишем выражение для нормированной характеристики направленности в виде

(2),

где — значение ненормированной функции в направлении, соответствующем её главному максимуму.

На рисунке 2 показана последовательность решения с применением пакета программ Mathcad 14.

Рисунок 2

На рисунке 3 представлен результат расчёта требуемой диаграммы направленности. С помощью нормированной диаграммы направленности, построенной в прямоугольной системе координат с линейным масштабом по оси ординат, определяем уровень первого бокового лепестка .

Рисунок 3

Линейные симметричные электрические вибраторы — Задача 2

Определить ширину главного лепестка нормированной амплитудной диаграммы направленности в — плоскости по уровню нулевого излучения и по уровню половинной мощности для линейного симметричного электрического вибратора с длиной плеча, если вибратор излучает на частоте .

Рисунок 4

Решение. Расположим линейный симметричный электрический вибратор вдоль оси, как показано на рисунке 4. — плоскость вибратора содержит его ось. Угол будет аргументом амплитудной характеристики направленности в — плоскости. Нормированная амплитудная диаграмма направленности вибратора описывается формулой (1.15) из [2], которая имеет вид

(3).

Подставив в эту формулу, , с учётом того, что частоте соответствует длина волны, получим расчётное выражение в форме

(4).

Последовательность решения, выполненного с применением пакета программ Mathcad 14, показана на рисунке 5.

Рисунок 5

Результаты расчёта приведены на рисунке 6. Диаграмма построена в прямоугольной (декартовой) системе координат с линейным масштабом по оси ординат. С помощью этой диаграммы определяем ширину диаграммы направленности по уровню нулевого излучения и по уровню половинной мощности .

Рисунок 6

Антенные решетки — Задача 3

Антенная решётка, изображённая на рисунке 7, состоит из 10 полуволновых линейных симметричных электрических вибраторов. Расстояние. Все вибраторы возбуждаются синфазными токами равных амплитуд. Рассчитать нормированную амплитудную характеристику направленности в — плоскости и построить её нормированную амплитудную диаграмму направленности в прямоугольной системе координат с логарифмическим масштабом.

Рисунок 7

Решение. Линейные симметричные электрические вибраторы для простоты показаны без зазоров в точках питания, т. е. в виде непрерывных линий. Пусть — расстояние между серединами вибраторов, расположенных в одном ряду; - число вибраторов в одном ряду. В соответствии с теоремой перемножения, ненормированная АХН рассматриваемой плоской решетки может быть представлена в виде (формула (2.1) из [3]):

(5),

где — функция, характеризующая направленные свойства одного вибратора, а — множитель системы.

Как следует из формулы (2.2) в [3], при ориентации вибратора вдоль оси Y АХН описывается выражением:

(6),

где — коэффициент фазы электромагнитной волны в свободном пространстве, — длина плеча вибратора.

Согласно формуле (2.5) из [3], в случае синфазного и равноамплитудного возбуждения вибраторов, и при, множитель системы имеет вид:

(7).

Заданная характеристика направленности при зависит только от угла. Запишем выражение для нормированной амплитудной характеристики направленности (АХН) в виде:

(8),

где — значение ненормированной функции в направлении, соответствующем её главному максимуму.

На рисунке 8 приведён подробный процесс необходимых вычислений, выполненных с помощью пакета программ Mathcad 14.

Рисунок 8

Результат расчёта приведён на рисунке 9.

Рисунок 9

Излучающие поверхности — Задача 4

Прямоугольная излучающая поверхность, изображённая на рисунке 10, возбуждённая синфазно и равномерно, находится в центре системы координат и имеет размер,. Рассчитать нормированную амплитудную характеристику направленности в плоскости и построить её диаграмму направленности в прямоугольной системе координат с линейным масштабом по оси ординат. Рассчитать коэффициент направленного действия излучающей поверхности в направлении максимального излучения. Результат расчёта представить в децибелах.

Рисунок 10

Решение. Представим возбужденную поверхность и систему координат, как это показано на рисунке 10. Для расчета нормированной амплитудной характеристики направленности в плоскости воспользуемся формулой (1.14) из [4], которую запишем в следующем виде:

(9),

где — значение функции, являющейся произведением множителей в фигурных скобках, в направлении= .

На рисунке 11 показана последовательность необходимых вычислений с применением пакета программ Mathcad 14.

Рисунок 11

На рисунке 12 представлен результат расчета в виде требуемой амплитудной диаграммы направленности.

Рисунок 12

Расчет коэффициента направленного действия идеальной излучающей

поверхности в направлении максимального излучения можно определить

по формуле (1.31) из [4], которая имеет вид:

(10),

где — геометрическая площадь возбуждённой поверхности;

— коэффициент использования поверхности.

Значение коэффициента использования поверхности для идеальной поверхности равно единице, т. е.. С учетом этого формула (10) приобретает вид:

(11).

По условиям задачи,. Подставив эти величины в (11), получим, что. Величина не имеет размерности.

Перейдём к децибельной мере:

Получили, что

Распространение радиоволн — Задача 5

антенна направленность сигнал радиоволна

Для линии радиосвязи Земля/космический аппарат определить предельное расстояние, на котором земная станция будет принимать сигналы космического аппарата, основные потери передачи в свободном пространстве и полные потери передачи на трассе. Исходные условия: частота передатчика земной станции; коэффициент усиления передающей и приёмной антенн земной станции; мощность передатчика на земной станции; минимальная мощность, которая регистрируется приёмником земной станции; космический аппарат выполняет роль пассивного ретранслятора, его эффективная площадь рассеяния в направлении на приёмную антенну равна .

Решение. Из для радиолинии 2-го рода имеем:

(12),

где:

— мощность на входе РПУ;

— мощность на выходе РПД;

— кпд передающего фидера;

— коэффициент усиления передающей антенны;

— коэффициент усиления приёмной антенны;

— кпд приёмного фидера;

— эффективная площадь рассеяния в направлении на приёмную антенну;

— расстояние от земной станции до космического аппарата;

— расстояние от космического аппарата до земной станции.

Мы знаем, что и. Выразим из (12) :

(13).

Определим длину волны:. Переведём в разы коэффициенты усиления передающей и приёмной антенн земной станции:. Теперь, зная чему численно равна каждая величина из (13), определим предельное расстояние, на котором земная станция будет принимать сигналы космического аппарата:

(14).

Получили, что .

Формула для вычисления основных потерь передачи в свободном пространстве, согласно [5], имеет вид:

(15).

Подставив в (15) численные значения, получим:

(16).

Представим в децибелах: .

Получили, что .

Формула для вычисления полных потерь передачи на трассе, согласно будет выглядеть:

(18).

Подставив в (18) численные значения, получим:

(19).

Представим в децибелах: .

Получили, что .

Использованные ресурсы

1. Кубанов В. П. Антенны и фидеры — назначение и параметры. —

Самара, ПГУТИ, 2012. —60 с.: ил.

2. Кубанов В. П. Линейные симметричные электрические вибраторы в свободном пространстве. Учебное пособие для вузов. — Самара, ПГУТИ, 2011. — 52 с.: ил.

3. Кубанов В. П. Направленные свойства антенных решеток. Учебное

пособие для вузов. — Самара, ПГУТИ, 2011. — 56 с.: ил.

4. Кубанов В. П. Излучение возбужденных поверхностей. Учебное

пособие для вузов. — Самара, ПГУТИ, 2011. — 56 с.: ил.

5. Слайды к лекциям профессора Кубанова В. П. по дисциплине «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн»