Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства систем подвижной радиосвязи
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… Читать ещё >
Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства систем подвижной радиосвязи (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
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»