Проект передающей ромбической антенны для магистральной связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

Спроектировать передающую ромбическую антенну для магистральной связи.

Параметр	№8
, м	40
	0,8:1,5
, град	15
, кВт	25

Здесь - рабочая длина волны, - диапазон волн, - угол наклона траектории луча.



2. Теоретическая часть и методики расчета

В диапазоне коротких волн для радиосвязи широко распространены ромбические горизонтальные антенны (РГ), представляющие собой двухпроводную симметричную линию, выполненную в форме ромба. К одному из острых углов ромба подводится ЭДС высокой частоты, к другому присоединяется нагрузочное сопротивление, равное волновому сопротивлению антенны, вследствие чего в проводах антенны устанавливается режим бегущей волны.

Режимом бегущих волн называется режим работы однородной линии, при котором в ней распространяется только падающая волна напряжения и тока, т.е. амплитуды напряжения и тока отраженной волны во всех сечениях линии равны нулю. Падающая волна - волна напряжения (тока), распространяющаяся в направлении нагрузки передающей линии. Антенна подвешивается горизонтально на четырех опорах.

Схематично внешний вид антенны РГ представлен на рисунке 1, где 1 - питающая линия, 2 - опоры, 3 - изоляторы, 4 - нагрузочное сопротивление

Рисунок 1

Размеры ромба выбираются таким образом, чтобы обеспечить наиболее интенсивное излучение под наиболее вероятными углами прихода лучей в место приема. При определении геометрических размеров ромба исходят из условий максимума выражения (1) при заданном, наиболее вероятном угле прихода .

Данное выражение принимает свое максимальное значение при:

где k - волновое число, которое вычисляется по формуле:

Отсюда следует:

Из равенства (1.4) можно выразить высоту подеса антенны (h):

Оптимальная величина половины тупого угла ромба:

Оптимальная длина стороны ромба:



Формулы для расчета электрических параметров антенны.

Волновое сопротивление ромбической антенны:

где L - малая диагональ ромба,

d - диаметр провода,

- расстояние между расходящимися по высоте проводами ромба у тупого угла,

l - длина стороны ромба.

S находится по формуле:

Сопротивление излучения антенны:

Максимальный коэффициент усиления:

Коэффициент полезного действия

Коэффициент направленного действия:



Ромбическая антенна излучает поля двух поляризаций: горизонтальной и вертикальной. Диаграмма направленности (ДН) РГ антенны (без учета затухания в проводах) определяется по формуле (8):

где - это длина стороны ромба, - половина тупого угла ромба, - угол в вертикальной плоскости, угол в горизонтальной плоскости,h - высота подвеса антенны, - волновое число.



3. Расчетная часть

3.1 Расчет конструктивных параметров антенны

По формуле (1.5) находится высота подвеса антенны.

Величина половины тупого угла ромба (2):

Длина стороны ромба (3):

3.2 Расчет электрических параметров

По формуле (4.1) находится волновое сопротивление ромбической антенны:

Для этого необходимо найти малую диагональ ромба (L):

И расстояние между расходящимися по высоте проводами ромба у тупого угла (S) по формуле (4.2):

S=5,96

Волновое сопротивление равно:

Сопротивление излучения антенны находится по формуле (5).

Для оптимальной длины волны :

где волновое число k = 0,1571

Для минимальной длины волны

где k=0,1963

Для максимальной длины волны

где k=0,1047

Максимальный коэффициент усиления рассчитывается по формуле (6):

Коэффициент полезного действия.

Для л=40 м:

Для :

Для :

Коэффициент направленного действия рассчитывается по формуле (8).

Для оптимальной длины волны:

Для минимальной длины волны:

Для максимальной длины волны:

3.3 Расчет диаграмм направленности антенны

Для выполнения расчета диаграмм направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях была использована программа Mathcad.

Расчет диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости.

Выражение для определения диаграммы имеет следующий вид:

Графически диаграмма направленности в вертикальной плоскости изображена на рисунках 2 (в декартовой системе координат) и 3 (в полярной системе координат).

Рисунок 2

Рисунок 3

Расчет диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости.

Выражение для определения диаграммы имеет следующий вид:

Графически диаграмма направленности в горизонтальной плоскости изображена на рисунках 4 (в декартовой системе координат) и 5 (в полярной системе координат).

Рисунок 4

Рисунок 5



3.4 Расчет линии нагрузки и подбор фидера

Нагрузка выполнена в виде двухпроводной линии с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению ромбической антенны. Поглощающая линия выполняется из фехралевого провода диаметром 2мм. Длина поглощающей линии и погонное сопротивление определены для максимальной длины волны рабочего диапазона.

Длина линии:

Здесь - погонное сопротивление;

r - радиус провода линии, мм;

м - относительная магнитная проницаемость провода;

p - удельное сопротивление провода, Ом·м;

лmax - максимальная длина волны рабочего диапазона.

Для фехраля:

м=80

Подбор фидера:

Для фидера была выбрана двухпроводная коаксиальная линия, состоящая из двух коаксиальных проводов диаметром d=0.5 мм расположенных друг от друга на расстоянии h.

Так как требуется согласовать фидер с волновым сопротивлением антенны, то входное сопротивление фидера равно волновому сопротивлению антенны.

h можно найти из формулы:

h=91 см



Заключение

конструктивный волновой антенна фидер

Проанализировав полученные данные можно выделить достоинства и недостатки горизонтальной ромбической антенны.

Достоинства:

- широкий рабочий диапазон частот

- простота питания

- простота конструкции

Недостатки:

- большие габариты

- сравнительно низкий уровень КПД

- высокий уровень боковых лепестков

Для улучшения электрических параметров антенны Г. З. Айзенбергом была предложена двойная ромбическая антенна (РГД), состоящая из двух горизонтальных, наложенных один на другой ромбов, смещенных друг относительно друга в направлении малой диагонали на расстояние порядка (Рисунок 6). Обе ромбические антенны питаются параллельно и синфазно.

Рисунок 6

Диаграмма направленности в вертикальной плоскости у антенны РГД практически такая же, как у одиночной ромбической антенны. В горизонтальной плоскости у этих антенн уровень бокового излучения существенно уменьшается за счет интерференции полей, создаваемых обоими ромбами.

Для двойной ромбической антенны диаграмма направленности в горизонтальной плоскости рассчитывается по формуле:

ДН РГД в горизонтальной плоскости графически изображена на рисунке 7:

а) в декартовой системе координат

б) в полярной

Рисунок 7а)

Рисунок 7б)



Список используемой литературы

1. Айзенберг Г. З. и др. Коротковолновые антенны. - М.: Радио и связь, 1985

2. Чернышов В. П. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства. Задачи и упражнения. - М.: Радио и связь, 1982.

3. Уколова Г.Г. Антенно-фидерные устройства: Метод. указания.- Владивосток, 2004.

Размещено на Allbest.ru

...