Проектирование диапазонной направленной антенны

Проектирование диапазонной направленной антенны

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Омский Государственный Технический Университет

Расчётно-графическая работа:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИАПАЗОННОЙ НАПРАВЛЕННОЙ АНТЕННЫ

Выполнил:

Студент гр. РИБ-411

Пфафенрот Виктор

Проверил:

Кисмерешкин Владимир Павлович

Омск, 2015

1. Исходные данные

·        диапазон частот: 430 - 470 МГц;

·        коэффициент направленного действия: КНД = 12 дБ;

·        волновое сопротивление фидера: Wф = 75 Ом;

·        длина фидера 3м.

2. Выбор типа антенны

Заданным требованиям (Кпер=1,1; КНД=12 дБ) теоретически удовлетворяет антенная решетка, составленная из четырех диапазонных направленных антенн (см.[1] стр.50 Таблица 11).

Основные параметры конструкции антенны:

S_E = 0,21·λ_max = 134 мм; S_H = 0,46·λ_max = 293 мм;

d_E = 0,53·λ_ср = 353 мм; d_H = 0,5·λ_ср = 333 мм;

d_n = 0,013·λ_ср = 9 мм;d_s = 0,013·λ_ср = 9 мм.

Антенное устройство выполнено из алюминиевой трубы:

А5 (9мм) ГОСТ 18475-82, ОСТ 192096-83.

Основные параметры элементов системы питания:

l₁ = 165 мм (произвольно); l₂ = 0,12·λ_max = 77 мм; l₃ = 0,18·λ_max = 115 мм;

w₁ = 150 Ом; w₂ = 100 Ом; w₃ = 60 Ом.

Соединение вибраторов выполняется коаксиальным кабелем (w_пит = 75 Ом). Питающий кабель заводится в полость трубы, из которой выполнена антенна (на Рис.1 показано пунктиром) через точку нулевого потенциала к точке питания.

Ожидаемые характеристики антенны:

-       коэффициент перекрытия: Кпер=2;

-       коэффициент направленного действия: КНД = 11…13 дБ;

-       коэффициент бегущей волны: КБВ = 0,55;

-       уровень обратного излучения: Е_обр = (0,05…0,2)·E_мах

Основные параметры конструкции рефлектора:

Рисунок 2 - Рефлектор

L_E > 0,5·λ_мах, учитывая размеры антенны возьмем L_E = 0,8·λ_мах = 510 мм;

L_H > 0,5·λ_мах, учитывая размеры антенны возьмем L_H = 1,1·λ_мах = 700 мм;

Т_р = 0,05·λ_ср = 33 мм

Тип рефлектора: плоский.

Рефлектор выполнен в виде прямоугольной рамы (из дюралюминиевой трубы Д16Т) с двумя горизонтальными перекладинами для крепления антенны и с одной вертикальной штангой по центру, за которую крепятся кабели питания, а также выполняется крепление всей конструкции на мачту. На раму вертикально натянута сетка из проволоки (1 мм) с шагом 33 мм.

Антенна в сборе:

Рисунок 3 - Антенна в сборе

3. Расчет диаграммы направленности

Рисунок 4 - Диаграмма направленности одиночной диапазонной направленной антенны [1].

На рисунке 4 сплошной линией обозначена диаграмма направленности (ДН) в Е-плоскости, а пунктиром - ДН в Н-плоскости. Переведем график ДН(θ) в декартову систему координат (Рисунок 5, 6). И здесь же построим график для множителя экрана М_Э(θ) (уменьшает обратное излучение в 10 раз) и для множителя решетки М_Р(θ).

Множитель решетки М_Р (θ) рассчитывается по формуле:

 (1)

где d - расстояние между связанными элементарными излучателями, выбирается из d_E, d_H в зависимости от выбранной плоскости расчета. В данном случае расчет ДН необходимо произвести в обоих плоскостях;

N - количество связанных элементарных излучателей в расчетной плоскости (здесь в обоих случаях N = 2).

Рисунок 5 - Расчет ДН в Е-плоскости

Рисунок 6 - Расчет ДН в H-плоскости

ДН рассчитывается по формуле:

, (2)

М_Р - берется для конкретной плоскости, в которой ведется расчет.

Рисунок 7 -ДН антенны в сборе

Переводим график ДН обратно в радиальную систему координат:

Рисунок 8 -ДН антенны в сборе

Расчет КНД:

 (3)

где θ_Е, θ_Н - ширина диаграммы направленности на уровне 0,707 Е_мах для плоскостей Е и Н соответственно.

Как видно из графика ДН на Рисунке 8, θ_Е = 44°, θ_Н = 47°, тогда по формуле (3):

Коэффициент направленного действия проектируемой антенны является достаточным для выполнения технического требования (КНД = 12 дБ) даже с запасом на возможные затухания и помехи в фидере. Питание антенны осуществляется с помощью коаксиального кабеля РК 75-4-11. Погонное затухание которого на средней частоте диапазона составляет около 0,25 дБ/м. Так, при использовании 3х-метрового фидера, затухание составит 0,75дБ, а КНД станет равной 12,24 дБ.

4. Согласование сопротивлений

Волновое сопротивление фидера: ρ=75 Ом. Активное сопротивление антенны на средней частоте диапазона R=60 Ом. Для согласования этих сопротивлений в полосе частот необходим трансформатор на сосредоточенных элементах.

Рисунок 9 - Трансформатор на сосредоточенных элементах

Коэффициент трансформации и волновое сопротивления трансформатора:

 (4)

 (5)

Заключение

диапазонный направленный антенна сопротивление

Список литературы

1) Кисмерешкин В.П. - Телевизионные антенны для индивидуального приема. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1982. - 88 с., ил.;

2) Амплитудная диаграмма направленности [электронный ресурс] - Режим доступа: <https://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%F0%EE%E5%EA%F2%E8%F0%EE%E2%E0%ED%E8%E5_%F4%E0%E7%E8%F0%EE%E2%E0%ED%ED%FB%F5_%E0%ED%F2%E5%ED%ED%FB%F5_%F0%E5%F8%B8%F2%EE%EA> Дата обращения 15.04.15.