Курсовая с практикой на тему Моделирование и исследование антенны симметричный вибратор коротковолнового диапазона волн

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 5

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 8

1.1 Анализ теоретических основ построения симметричного вибратора 8

1.2 Анализ электрических характеристик симметричного вибратора коротковолнового диапазона. 10

1.3 Постановка задачи моделирования 14

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ 15

2.1 Обоснование вида разрабатываемой модели и выбор компьютерной среды моделирования 15

2.2 Обоснование начальных условий (исходных данных) для моделирования 18

2.3 Разработка модели заданной антенны в программном продукте MMANA 19

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ 23

3.1 Проведение исследований (экспериментов) с разработанной моделью 23

3.2 Оптимизация электрических характеристик симметричного полуволнового вибратора 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 32

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 33

Введение:

Обоснование актуальности работы. В радиосвязи специального назначения особое место отведено коротковолновой (КВ) радиосвязи как одному из базовых видов резервной связи. Учитывая огромные территории Российской Федерации (РФ) и ограниченные возможности гражданских сетей в экстремальной обстановке, можно ожидать, что занимаемое КВ-радиосвязью место в системе силовых структур станет ещё более значимым. Весомым преимуществом КВ связи является возможность обеспечения связи через протяженные труднодоступные пространства, например, водные, горные, лесные районы особенно характерные для территории РФ. КВ-радиосвязь также находит широкое применение при проведении аварийно-спасательных работ, координации действий различных организаций и служб в районах стихийных бедствий [1].

В последние годы системы КВ связи претерпевают изменения, в ведомствах создаются единые информационно-телекоммуникационные системы в масштабах конкретных ведомств [2].

Следует отметить одновременно возросший интерес различных ведомств к КВ радиосвязи с подвижными объектами. Это обусловлено такими факторами, как простота использования, независимость от факторов в мировой экономической и политической обстановке, дешевизна и доступность аппаратуры, новые технологии обработки информации позволили значительно повысить надежность связи, а быстрое развитие цифровых технологий существенно расширить возможности КВ радиосвязи. Так, если ранее качество связи напрямую зависело от опыта и мастерства оператора, то сейчас оно обеспечивается программно-аппаратными средствами собственно аппаратуры связи [3].

Основные методы исследования. Основаны на разработке математических алгоритмов для исследуемых задач с последующей их реализацией в среде моделирования. Вычислительные эксперименты применительно к отдельным антенным элементам проведены без использования их аналитических моделей с помощью программ имитационного моделирования.

Предмет исследования: параметры симметричного вибратора коротковолнового диапазона.

Цель работы – исследование влияния относительных размеров симметричного вибратора на его диаграмму направленности, влияния на ДН симметрирующего устройства, определение характеристик симметричного вибратора в коротковолновом диапазоне.

Задачи:

1) Провести теоретическое описание симметричного вибратора коротковолнового диапазона.

2) Моделирование симметричного вибратора коротковолнового диапазона.

3) Провести исследование электрических характеристик симметричного вибратора коротковолнового диапазона.

Курсовая работа состоит из введения, трех разделов и заключения. Работа изложена на 33 страницах, содержит 14 таблиц, 13 иллюстраций в виде рисунков, схем и графиков. При написании курсовой работы было рассмотрено 10 источников информации (не менее 10).

В первом разделе проведен анализ теоретических положений радиосвязи. На основе проведенного анализа установлена характеристика, влияющая на качество радиосвязи, выполнена математическая постановка задачи моделирования объекта исследования, произведено обоснование вида разрабатываемой модели и выбор компьютерной среды для моделирования.

Во втором разделе выполнено моделирование симметричного вибратора коротковолнового диапазона. При этом разработана модель полуволнового вибратора в среде моделирования MMANA.

Заключение:

В ходе курсовой работы с программного обеспечения MMANA рассчитаны входные сопротивления симметричного вибратора, исследовали его частотные характеристики и построены диаграммы направленности (ДН) для симметричного вибратора. Попутно также возможно построить графики зависимостей: входного сопротивления, меры согласования антенны с фидером (КСВ) и зависимости коэффициента усиления, а также получили диаграммы направленности симметричных вибраторов с кратными длинами: λ/2, λ, 1.5λ.

В папке …/ANT имеется около двухсот файлов *.maa интересных готовых антенн, внимательное изучение которых не менее информативно и полезно, чем учебное пособие по антеннам. Для удобства пользования они рассортированы по тематическим директориям. Некоторые файлы встречаются в двух директориях сразу, куда они подходят по тематике.

Программное обеспечение для моделирования параметров антенн КВ-диапазона позволяет выполнить оценку степени согласованности характеристик направленности передающих и приемных КВ антенн с динамическими параметрами радиотрасс различной протяженности в условиях реального суточного изменения ГФУ.

Для уменьшения потерь в земле применяют специальные устройства – заземление и противовесы. Здесь токи к обратному проводу фидера подводятся через разветвлённую сеть проводов, имеющих малое сопротивление по сравнению с сопротивлением поверхностного слоя земли. Чем гуще расположены провода и чем больше занимаемая ими площадь, тем лучше заземление или противовес. Заземление в общем обеспечивает меньшее сопротивление потерь, чем противовес, однако стоимость его выше. Периметр заземления или противовеса должен отстоять от антенны на расстоянии, примерно равном высоте антенны. Провода противовеса изолируются от земли.

Фрагмент текста работы:

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ теоретических основ построения симметричного вибратора

Антенной называют устройство, предназначенное для преобразования подводимой к нему энергии в излученную, или принимающее излученную энергию и обеспечивающее ее выделение в нагрузке (приёмнике) [4]. В начале передающего тракта в радиолинии устанавливается передатчик (передающая антенна), в конце – приемник (приемная антенна). Передающая антенна – это устройство, предназначенное для излучения электромагнитных волн. В свою очередь приемная антенна – это устройство, служащее для приема электромагнитных волн с целью использования информации, переносимой этими волнами.

К антеннам предъявляют различные требования, которые зависят от назначения. Такими требованиями являются: эффективное излучение или прием радиоволн и определенное распределение потока мощности излучаемых волн в пространстве.

Для связи на дальние расстояния часто используются КВ — диапазон частот (3 – 30 МГц). При этом в мобильных радиостанциях широко применяются укороченные штыревые антенны высотой около 2 метров. Для эффективной работы такие антенны имеют разные варианты противовесов, которые вместе с окружающей обстановкой значительно влияют на входное сопротивление антенн. Последнее осложняет настройку согласующих контуров на соответствующие частоты радиосвязи [5].

Поэтому для обеспечения уверенного приема сигнала в КВ диапазонах, особенно в самых низкочастотных его частях, необходимо расширять полосу частот согласования [6].

Полоса согласования на этих частотах при одноконтурном согласовании получается крайне узкая, измеряемая в единицах килогерц, что создает неудобства в настройке антенны, а также в удержании её на данном диапазоне частот при изменении каких — либо внешних параметров.

Антенна служит не только для излучения (или приема) электромагнитной энергии, но и для распределения ее соответствующим образом

в пространстве. Это распределение характеризуется диаграммой направленности антенны:

– по напряженности поля F = E(θ, ϕ);

– по мощности П = П(θ, ϕ).

В общем случае ДН является комплексной величиной, поэтому различают амплитудную и фазовую диаграммы направленности антенны. На практике в основном пользуются понятием амплитудной ДН.

Амплитудной ДН антенны по полю называется зависимость напряженности поля, создаваемого антенной в точке наблюдения от направления на эту точку (углы θ и ϕ) при неизменном (фиксированном) расстоянии от антенны. Зная, что E / H = 120π и П = Е2 /120π, то диаграмма направленности антенны по мощности пропорциональна квадрату ДН по напряженности поля