Расчет приемной антенны
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Содержание
Введение
1. Задание на курсовую работу
. 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.
lф1,м P2,пВт fраб,МГц P1,Вт G1,дБ 3 10 700 300 25
Пояснение к заданию
В таблице 1 использованы следующие обозначения:
lф1-длина фидера, питающего передающую антенну;
P2-мощность на входе малошумящего приемного устройства;
fраб-рабочая частота передающего устройства;
P1-мощность бортового передатчика;
G1-коэффицент усиления бортовой антенны.
Протяженность радиолинии Земля-ИСЗ составляет 40000 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:
?ф1=e-0.23?lф, (2.1)
где ?- коэффициент затухания в фидере(принять равным 0.1 дБ/м);
lф-длина фидера, м
Подставляя в формулу 2.1 имеющиеся значения мы имеем:
?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;
?ф1-коэффициент полезного действия фидера передающей антенны;
?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??;
n - количество витков спирали;
d - шаг спирали.
Шаг спирали d определяется из формулы:
d??cos? (2.5)
где ?-угол захода спирали, который выбирается из условия:
?=1015
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=37), из которых потом уже формируется синфазная решетка. При этом предполагается, что коэффициент усиления антенны остается неизменным. Расстояние между осями спиралей обычно выбирается равным 0,5?.
Используя формулы (2.4) и (2.5) найдем общее количество витков для нашей антенны:
. 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 (Wф= 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 ?к (?к=?/v?), входное сопротивление спирали пересчитывается в точку В с коэффициентом трансформации n=1,
где ?-относительная диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего кабель (?=2.2-2.4).
Поэтому общее сопротивление 6 спиралей в точке В.
Для согласования с магистральным фидером необходим ?/6-трансформатор с волновым сопротивлением
. Расчет диаграммы направленности антенны
Расчет диаграммы направленности антенны имеет вид:
F(?)=F1(?) F2(?) F3(?), (3.2)
где F1(?)-множитель, характеризующий диаграмму направленности одного витка спирали;
F2(?)-множитель ,характеризующий направленные свойства одной спирали;
F3(?)-множитель синфазной решетки.
Диаграмма направленности одного витка спи