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 [1] 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 [5] 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 [5] 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.
.
Кубанов В.П. Линейные симметричные электрические вибраторы в свободном
пространстве. Учебное пособие для вузов. - Самара, ПГУТИ, 2011. - 52 с.: ил.
.
Кубанов В.П. Направленные свойства антенных решеток. Учебное
пособие
для вузов. - Самара, ПГУТИ, 2011. - 56 с.: ил.
.
Кубанов В.П. Излучение возбужденных поверхностей. Учебное
пособие
для вузов. - Самара, ПГУТИ, 2011. - 56 с.: ил.
.
Слайды к лекциям профессора Кубанова В.П. по дисциплине «Антенно-фидерные
устройства и распространение радиоволн»