bsuir.info
БГУИР: Дистанционное и заочное обучение
(файловый архив)
Вход (быстрый)
Регистрация
Категории каталога
Другое [54]
Форма входа
Логин:
Пароль:
Поиск
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Файловый архив
Файлы » СРРиТ / ИКТ (ЦТР) » Другое

РРиАФУ(Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства)
Подробности о скачивании 25.03.2013, 12:14
Вариант №12.
Задача 1.
Над однородной подстилающей средой с удельной электропроводностью , относительной диэлектрической и магнитной проницаемостью на высотах и установлены приемная и передающая антенны. Передающая антенна, с коэффициентом усиления , в режиме идеального согласования подключена к передатчику с помощью фидера длиной с погонным затуханием и волновым сопротивлением . На выходе согласованного с фидером передатчика на несущей частоте формируется узкополосный фазоманипулированный сигнал мощностью полосой частот %=15. Приемник подключен к приемной антенне, коэффициент усиления которой на частоте имеет значение , с помощью фидера длиной , погонным затуханием и волновым сопротивлением , где - входное сопротивление приемника на частоте . Входное сопротивление антенны на частоте чисто активное, равно . Передающая антенна излучает сигнал на поляризации типа (m =0,1 - вертикальная; m =2 - горизонтальная). Приемная антенна по отношению к передающей имеет поляризационное рассогласование, характеризуемое величиной .
Пренебрегая влиянием атмосферы (верхнее полупространство-воздух) и пользуясь данными соответствующего варианта, необходимо:
Определить мгновенное значение напряженности электрического поля на расстоянии r0 от передающей антенны.
Определить мощность сигнала на входе приемника на частоте .
Построить график зависимости действующего значения напряженности электрического поля от расстояния , если .
Определить коэффициент стоячей волны по напряжению в приемном фидере в полосе рабочих частот.
Определить расстояние, начиная с которого напряженность электрического поля от расстояния будет убывать монотонно.

Исходные данные:
m 1
,
10
,Сим /м
0,1
, МГц
200
, дБ/м
0,8
, м
20
, м
20
, дБ
15
, Вт
15
, Ом
50

2
, км
20

n 2
, м
70
, м
70

0,012
, Ом
50
, дБ
11
, дБ
2

Решение:
1. Мгновенное значение напряженности электрического поля на расстоянии R0 от антенны определяется по формуле [1, формула 1.10а]:
,
где - полное затухание в фидере.

2. Мощность сигнала на входе приемника на частоте определяется по формуле [2, 14.14]

– действующее значение напряженности электрического поля возле приемной антенны, определяемое по формуле [1, 2.12]

где – модуль коэффициента Френеля для вертикальной поляризации, φ_В – фаза коэффициента Френеля, E_m- мгновенное значение поля у приемной антенны, – приведенные высоты приемной и передающей антенн соответственно.
Коэффициент Френеля для вертикальной поляризации определяется по формуле [3, 2.55]

где – комплексная величина диэлектрической проницаемости среды, определяемая по формуле

При больших расстояниях угол скольжения определяется по приближенной формуле [1, 2.10]


Длина волны определяется по формуле


Проведя расчеты в MathCAD, получаем:


Приведенные высоты приемной и передающей антенн соответственно определим по формулам [3, 3.59]




где a = 6370 км – радиус Земли.
Подставляя полученные значения в формулу для действующего значения электрического поля, получаем

В результате мощность на входе приемника будет равна

3. График зависимости действующего значения напряженности электрического поля от расстояния представлен на рис.1

Рисунок 1 – Зависимость действующего значения электрического поля от расстояния

4 Определить коэффициент стоячей волны по напряжению в приемном фидере в полосе рабочих частот.
Коэффициент стоячей волны в полосе частот определяется по формуле [4, 2.34]

где Г – коэффициент отражения, определяемый по формуле [4, 2.33]


Таким образом, КСВ равен

5 Определить расстояние, начиная с которого напряженность электрического поля от расстояния будет убывать монотонно.
Расстояние определим графическим методом. Для этого расширим область определения графика зависимости напряженности поля от расстояния (рис. 2).

Рисунок 2 – Зависимость действующего значения электрического поля от расстояния.
Из графика видно, что начиная со значения R0 ≈ 2500 м напряженность электрического поля начинает убывать монотонно.


Задача 2.
Пирамидальная рупорная антенна (ПРА), выполненная из идеально проводящего материала, запитана от прямоугольного волновода с поперечными размерами a b, имеет раскрыв с размерами А В, требуется:
Определить рабочий диапазон частот ПРА.
Определить глубину (длину) рупора, при которой данный рупор будет оптимальным.
Рассчитать коэффициент направленного действия ПРА, на средней рабочей частоте диапазона.
Изобразить графически эпюры распределения векторов и вдоль соответствующих сторон рупора. Нарисовать эскиз, иллюстрирующий распределение токов проводимости и токов смещения.
Для заданных размеров рассчитать и построить диаграмму направленности ПРА в двух ортогональных плоскостях на средней рабочей частоте диапазона.
Рассчитать передаваемую мощность, если амплитуда электрической составляющей поля в пучности равна 1 В/м, а также предельно допустимую можность (Eпроб=3•106 В/м)
Исходные данные:
m 1
А , м 0,7
В, м 0,7

n 0
a , м 0,046
b , м 0,02

Решение:
1. Рабочий диапазон частот определяется условием одномодового режима питающего волновода. Для волны Н10 справедливы условия [2, 8.51]:



Таким образом, рабочий диапазон частот равен:


2. Условие допустимой фазовой ошибки на краях ПРА:
в плоскости Н [5, 5.69]:

в плоскости Е [5, 5.70]:

Для оптимального рупора (т.е. имеющего максимальный коэффициент направленного действия – КНД) эти величины составляют:


Подставим эти значения в формулы и получим:


С целью уменьшения фазовой ошибки на краю раскрыва, выбирают большее из значений, т.е.

3. Коэффициент направленного действия ПРА определяется по формуле [5, 5.65]:

где
– коэффициент использования поверхности,
– площадь раскрыва антенны.
В результате получаем:

4. Распределение поля внутри антенны представлено на рис. 3

Рисунок 3 – Распределение поля внутри антенны

5. Определим ДН антенны в плоскостях Е и Н:
Диаграмма направленности определяется по формуле [5, 5.73, 5.74]:
в плоскости Е:
в плоскости Н:
где , [5, 5.75].
ДН в плоскости Е и Н в декартовых и полярных координатах представлена на рис. 4 и 5 соответственно.
Рисунок 4 – Диаграмма направленности ПРА в плоскости Е
Рисунок 5 – Диаграмма направленности ПРА в плоскости H

6. Расчет мощности будем проводить при учете того, что в питающем волноводе распространяется волна Н10.
Передаваемую мощность определим по формуле [5, 5.81]
P_пер=(〖E_m〗^2∙a∙b)/(2∙Z_в )=(〖E_m〗^2∙a∙b)/(2∙Z_0/√(1-(λ_ср/λ_кр )^2 ))=(1∙0,046∙0,02)/(2∙120π/√(1-(0,069/0,092)^2 ))=8,07∙〖10〗^(-7) Вт.
Предельная мощность равна:
P_доп=(〖E_проб〗^2∙a∙b)/(2∙Z_в )=(3∙〖10〗^6∙0,046∙0,02)/(2∙120π/√(1-(0,069/0,092)^2 ))=2,42 Вт.

Задача 3

Необходимо согласовать и симметрировать вибраторную и антенну, характеризуемую входным импедансом , с коаксиальным фидером с заданным значением волнового сопротивления , в полосе частот от до . Согласование и симметрирование следует произвести с помощью ступенчатого четвертьволнового трансформатора и четвертьволновой приставки – вариант N, или U-колена – вариант M.
Требуется определить:
1) конструкцию и размеры заданного типа согласующе-трансформирующего устройства (СТУ);
2) коэффициент отражения в полосе частот от 0,8 до 1,2 при числе точек не менее 20.
Исходные данные:
m 1
, Ом
25
Вариант СТУ N

n 2
, ГГц
0,23
, ГГц
0,174
, Ом
80
, Ом
-70
Решение:
1. Рассчитаем длину симметрирующей приставки, необходимую для симметрирования антенны с фидером. Длина симметрирующей приставки равна

2. Рассчитаем расстояние, на котором необходимо включить четвертьволновой трансформатор для компенсации реактивного сопротивления антенны [6, c. 347]:


3. Определим допустимый коэффициент трансформации для приемлемого согласования в заданной полосе частот [6, c. 349]

где К_БВДОП – допустимое значение коэффициента бегущей волны (примем равным 0,75), N_ДОП – допустимый коэффициент трансформации.

Решая полученное уравнение относительно , находим

4. Определим необходимый коэффициент трансформации [6, c. 348]


Так как N<N_ДОП, то можно утверждать, что трансформатор будет обеспечивать приемлемый уровень согласования в заданной полосе частот.
Волновое сопротивление трансформатора на средней частоте равно:


Зависимость коэффициента отражения от частоты определяется по формуле [6, с. 348]
γ(f)=i/2 (N-1/N)∙tg((f-f_ср)/f_ср )
γ(f)=i/2 (1,79-1/1,79)∙tg((f-0,202)/0,202).
График зависимости коэффициента отражения от частоты представлен на рис. 6.

Рисунок 6 – Зависимость коэффициента отражения от частоты 
Задача 4.
Необходимо определить размеры резонатора на заданном типе колебаний или на заданной рабочей частоте . Зарисовать конструкцию резонатора и метод его возбуждения.

Исходные данные:
m 1
Конструкция
резонатора призматический
Тип
колебаний

n 2
Частота
, ГГц
18
Метод возбуждения штырь

Решение:
Размеры резонатора связаны с частотой соотношением [2, 12.18]

где m = 1, n = 1, p = 1.
Для волновода условие одномодового режима [2, 8.51]:



Ближайшим стандартным волноводом с удовлетворяющими условию размерами является волновод с а = 13 мм, b = 5,8 мм. Определим d:

Следовательно,
Внешний вид такого резонатора представлен на рис. 6

Рисунок 6 – Внешний вид и способы возбуждения призматического резонатора


Литература
1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. Учебник для вузов. – М., «Связь», 1972 - 336 с.
2. Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для вузов по спец. «Радиотехника». – М.: Высшая школа, 1992. – 416с.
3. Гололобов Д.В., Кирильчук В.Б. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства: Метод. пособие для студ. спец. «Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения» дневной и вечерней форм обучения: В 3 ч. Ч. 1: Распространение радиоволн / Д.В. Гололобов, В.Б. Кирильчук. – Мн.: БГУИР, 2003. – 124 с.
4. Гололобов Д.В., Кирильчук В.Б. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства: Метод. пособие для студ. спец. «Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения» дневной и вечерней форм обучения: В 3 ч. Ч. 2: Фидерные устройства / Д.В. Гололобов, В.Б. Кирильчук. – Мн.: БГУИР, 2005. – 299 с.
5. Гололобов Д.В., Кирильчук В.Б, Юрцев О.А. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства: Метод. пособие для студ. спец. «Системы радиосвязи, радиовещания и телевидения» дневной и вечерней форм обучения: В 3 ч. Ч. 3: Антенны / Д.В. Гололобов, В.Б. Кирильчук, О.А. Юрцев – Мн.: БГУИР, 2006. – 164 с.
Категория: Другое | Добавил: Mary
Просмотров: 1503 | Загрузок: 32
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]