ПС-438-01-08 ПЗ Описание конструкции антенн

 

 

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Южно-Уральский государственный университет

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Технологии приборостроения»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине «Техническая электродинамика»

ПС-438-01-08 ПЗ

Описание конструкции антенн

 

 

 

 

 

 

Руководитель

Н. И. Войтович

________________2012 г

 

Автор работы

студент группы ПС-438

Е. Н. Медведев

________________2012 г

 

Работа защищена

с оценкой

________________2012 г

 

 

 

Челябинск 2012

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время все более актуальным при анализе сложных систем  становится компьютерное моделирование. Компьютерные модели проще и удобнее исследовать в силу их возможности проводить вычислительные эксперименты, в тех случаях когда реальные эксперименты затруднены из-за финансовых или физических препятствий или могут дать непредсказуемый результат.  Логичность  и  формализованность компьютерных моделей позволяет выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемого объекта-оригинала (или целого класса объектов), в частности, исследовать отклик моделируемой физической системы на изменения ее параметров и начальных условий.  Компьютерная модель — компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере, суперкомпьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая абстрактную модель некоторой системы.

В проекте рассмотрена короткая двухзеркальная антенна, ее модель была построена в программной среде MMANA. Антенна предназначена для излучения и приема радиоволн в коротком диапазоне частот. Коротая двухзеркальная антенна – самая короткая среди антенн такого типа: ее длина составляет около 0,5λ. Антенна имеет два плоских отражателя диаметром 2λ и 0,5λ и обеспечивает усиление 12-13 Дб при подавлении обратного излучения относительно прямого на 30 Дб. Короткая двухзеркальная антенна работает как широкополосная при использовании соответствующего широкополсного возбудителя, если параметры системы рассчитаны на максимальную рабочую частоту. В таком случае антенна дает и максимальное усиление, убывающее почти пропорционально понижению частоты. На низких частотах, когда вспомогательный отражатель становится меньше λ/2 эффект двухзеркальности исчезает и короткая двухзеркальная антенна действует как обычная антенна с отражателем, если частотная область возбудителя была выбрана достаточно широкой.

1. Описание конструкции антенны.

Размеры и устройство антенны представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – Короткая двухзеркальная антенна: а – эскиз антенны, б – компоновка антенны и ее параметры.

Ее образует главный отражатель , активный элемент S и вспомогательный отражатель . Отражатели могут иметь форму круга, а также многоугольников (например шести- или восьмиугольника). Краевой угол К способствует подавлении. Обратного излучения. Оба отражателя выполняются из мелкоячеистой сетки (размер ячеек до 0,1λ) или из параллельных стержней. Не существует четких предписаний относительно конструкции активного элемента. На его месте может быть возбудитель горизонтально или вертикально поляризации. В данном случае антенна имеет длину .

2. Расчет геометрических размеров антенны

Произведем вычисления из выше описанной конструкции антенны:

- длина главного отражателя.

- длина вспомогательного  отражателя.

- длина от главного  отражателя до активного элемента.

  - длина от активного элемента до вспомогательного отражателя.

-длина краевого выступа  у главного отражателя.

Нарисуем антенну в программной среде MMANA.

Рисунок 2 – Чертеж общего видав сферической системе координат.

 

Рисунок 3 – обозначение номеров проводников.

Таблица 1 – размеры проводников.

Номер проводника	Размер проводника (м)
1	0,18
2	0,18
3	0,262
4	0,244
5	0,244
6	0,194
7	0,194
8	0,262
9	0,258
10	0,258
11	0,252
12	0,252
13	0,244
14	0,244
15	0,232
16	0,232
17	0,214
18	0,214
19	0,194
20	0,194
21	0,166
22	0,166
23	0,128
24	0,128
25	0,08
26	0,08
27 - 65	0,065
66	0,032
67	0,04
68	0,065
69	0,044
70	0,022
71	0,022
72	0,044
73	0,044
74	0,044
75	0,022
76	0,022

 

3. Диаграмма направленности.

Служат для представления свойств излучения в системе пространственных координат. В полярных систем координат применяется сетка концентрических кругов и исходящих из центра лучей. Концентрические круги представляют напряжение, причем в их центре оно приравнивается  к нулю. Лучи показывают направление.

                         Рисунок 4 – пространственная диаграмма

 

 

 

Рисунок 5 – Диаграмма направленности в вертикальной плоскости.

      Рисунок 6 – Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости.

 

По диаграмме направленности определяют ряд важных параметров. Половину ширины главного лепестка называют углом половинного уровня. Этот угол между направлением максимума излучением и направлением, где плотность потока энергии составляет половину от максимальной. Чтобы определить такой угол, точке наибольшего напряжения в главном направлении присваивают значение 1 и по обе стороны лепестка находят излучения находят точки, в которых напряжение составляет 0,71 от максимального. Уменьшение напряжения на 0,71 составляет снижению мощности на 50% или на 3 Дб, на рисунке 4,5 показано в Дб. Ширина лепестка диаграммы направленности по половинной мощности равна сумме обоих углов половинного уровня и обозначает интервал углов, в котором плотность потока энергии составляет  не менее половины своего максимального значения. Наряду с главным лепестком могут быть и боковые лепестки, на рисунке  5 они особо просматриваются, чаще всего они нежелательны, поскольку ухудшают направленность и ослабляют главный лепесток.

4. Расчет параметров антенны.

Расчет параметров генерируется автоматически программой, на рисунке 6 они представлены.

Рисунок 6 – параметры короткой двухзеркальной антенны.

Расшифровка параметров в программной среде.

• Freq MHz – частота.

• R – активная часть входного сопротивления, Ом.

• jX – реактивная.

• SWR – КСВ

• Gh – усиление относительно полуволнового диполя (дБд).

• Ga dbi – усиление к изотропному излучателю (для свобод-

ного пространства на 2,15 дБ больше, чем Gh).

• F/B db – отношение уровней излучения вперед/назад. В качестве направления назад используется довольнобольшой телесный угол, по умолчанию – по азимуту120 градусов.

Из предоставленных данных видно, что при частоте 2,44 Гц активное сопротивление составляет R = 65,88 Ом, а реактивная jX=3 Ом.

Важным показателем является КСВ, построим частотную зависимость для данного диапазона.

                 Рисунок  7 – Зависимость КСВ от частоты.

Выше частоты 2,445 ГГц КСВ не удовлетворяет техническому заданию.

Проанализируем согласование на других частотах.

Полоса рабочих частот лежит ль 2400 до 2450 МГц.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Бала смоделирована короткая двухзеркальная антенна, полученные данные отвечают характеристикам реального объекта, что говорит о адекватности программной среды. Одна из таких характеристик то, что моделируемая антенна на низких частот показывает неудовлетворительные данные, что говорит об ухудшения принципа двухзеркальности.

В качестве рекомендации стоит отметить, что радиус проводников необходимо делать от 0, 2 м до 0,5 м для получения нужного КСВ. Также из моделируемых экспериментов, нужно отметить влияния краевого выступа, а именно мене 0,06 характеристики антенны становится неудовлетворительными для технического задания. И выявлено что, чем меньше ячейка отражателей, тем лучше характеристики антенны.

Из неудовлетворительных данных стоит отметить горизонтальную диаграмму направленности, видно большие боковые лепестки, они ухудшают направленность и ослабляют главный лепесток, это возможно из-за погрешности построения моделируемой конструкции. Полоса рабочих частот лежит ль 2400 до 2450 МГц, в этих частотах лежат необходимые характеристики, удовлетворяющие техническому заданию.

 

Литература

1. Карл Ротхаммель.  Антенны, том 2. М.: Данвел.-2005,  стр. 252.
2. И.Гончаренко. Компьютерное моделирование антенн. Все о    программе MMANA.M.: «Радиософт». – 2002.