Курсовая с практикой на тему Моделирование и исследование лямбда образной антенны

Содержание:

Введение 4

1. Теоретическая часть 5

1.1 Анализ теоретических основ построения лямбда образной антенны 5

1.2 Анализ электрических характеристик лямбда образной антенны 8

1.3 Постановка задачи моделирования 10

2 Практическая часть 12

2.1 Обоснование вида разрабатываемой модели и выбор компьютерной среды моделирования 12

2.2 Обоснование начальных условий (исходных данных) для моделирования 16

2.2.1 Нагрузка антенны 16

2.2.2 Длина антенны 16

2.2.3 КПД антенны 17

2.3 Разработка модели лямбда образной антенны в программном продукте MMANA 19

3 Исследовательская часть 23

3.1 Проведение исследований (экспериментов) с разработанной моделью 23

3.2. Анализ результатов моделирования и исследований 23

3.4. Разработка рекомендаций по применению разработанной модели в профессиональной деятельности или в учебном процессе 29

Заключение 30

Список рекомендуемой литературы 33

Приложение А 35

Приложение Б 36

Введение:

Одна из самых больших проблем, с которой приходится сталкиваться при использовании беспроводной связи на низких частотах, таких как 1,8 и 3,5 / 3,8 МГц, — это слабый прием сигнала. Эта проблема усугубляется, когда человек живет в шумном городском месте. Помехи линии электропередачи может быть реальным сдерживающим фактором и во многих случаях может даже заставить задуматься о том, чтобы когда-либо использовать связь на нижних диапазонах.

λ-образная антенна относится к антеннам военных средств связи, которые предназначены для повышения дальности связи, при использовании станции на стоянке, и являются более сложными проволочными антеннами — это однопроводная антенна бегущей волны (АБВ) и λ-образная антенна. Однопроводная антенна бегущей волны представляет собой изолированный медный проводник длиною (5…7)λ, подвешенный с помощью стоек на небольшой высоте параллельно поверхности земли. С одной стороны, антенна подключается к радиостанции, а с другой – нагружается на резистор (300÷500 Ом), который заземляется с помощью противовеса. Для повышения эффективности АБВ ближнюю к радиостанции часть провода поднимают на опору, тогда антенна становится λ-образной. λ-образная антенна представляет собой однопроводную антенну бегущей волны, ближняя к радиостанции часть провода которой поднята над землей на высоту 0,62λ, что для средней волны диапазона всех УКВ радиостанций составляет 5…6 м. На влажных почвах более эффективной является штыревая антенна, на сухих – АБВ, а λ –образная эффективнее АШ и АБВ во всех случаях.

Общий вид λ-образной антенны представлен в Приложении А.

Заключение:

В результате проделанной работы спроектированная антенна “волновой канал” была оптимизирована для получения наибольшего КУ и наименьшего уровня боковых лепестков, были рассчитаны её характеристики для заданной частоты.

Смоделированы конструкции и исследованы параметры симметричных электрических вибраторов в зависимости от радиуса его плеч и от величины зазора для подключения ЭДС, а также смоделирована трёхдиректорная антенна типа «волновой канал», проведена ее конструктивная оптимизация и исследованы направленные свойства горизонтально расположенной над землей антенны в зависимости от высоты расположения и при различных углах наклона траверсы на высоте 1,5λ.

Таким образом, в результате моделирования сделаны следующие выводы:

• большое несоответствие между теоретическим, идеальным случаем и реальным случаем

• емкостное реактивное сопротивление антенны в целом является доминирующим при использовании airband

• даже небольшая плоскость заземления, прикрепленная к антенне, значительно снижает входное сопротивление, следовательно, КСВН

• потребуется согласование антенн

Для моделирования использована русскоязычная версия программного обеспечения MMANA-GAL Pro.

На частоте 861 МГц для симметричного полуволнового вибратора с радиусом плеч 0,01·λ при увеличении зазора от 0,001·λ до 0,05·λ улучшается значение КСВ от 1,34 до 1,01 (при Z = 0,031·λ), затем увеличивается до 1,15. Наибольшее значение полосы рабочих частот 8,41 % наблюдается при

Z = 0,013·λ и Z = 0,015⋅λ по уровню КСВ = 1,5 и 15,20 % при Z = 0,005⋅λ и

Z = 0,006⋅λ по уровню КСВ = 2. Наименьшее значение КСВ = 1,01 наблюдается при Z = 0,031·λ и обеспечивается полоса рабочих частот 13,86 % (средний КСВ = 1,5) по уровню КСВ = 2 и 7,97 % (средний КСВ = 1,31) — по уровню КСВ = 1,5.

На частоте 861 МГц для симметричного полуволнового вибратора с зазором 0,006⋅λ при увеличении радиуса плеч вибратора от 0,001⋅λ до 0,03⋅λ улучшается значение КСВ от 1,41 до 1,02 (при а = 0,019⋅λ), затем увеличивается до 1,27. Наибольшее значение полосы рабочих частот 11,98% наблюдается при а = 0,027⋅λ по уровню КСВ = 1,5 и 25,53 % при а = 0,03⋅λ по уровню КСВ = 2. Наименьшее значение КСВ = 1,02 наблюдается при а = 0,019⋅λ и обеспечивается полоса рабочих частот 20,13 % (средний КСВ = 1,46) по уровню КСВ = 2 и 11,35 % (средний КСВ = 1,24) — по уровню КСВ = 1,5.

Синтезирована и оптимизирована конструкция антенны «волновой канал» с 3 директорами, рефлектором и активным вибратором. Проведена оптимизация по критерию наибольшего усиления и наименьшего уровня КСВ. Оптимизированная конструкция имеет в требуемой полосе рабочих частот 10% средний уровень КСВ = 1,31 и средний коэффициент усиления 8,7 дБи.

Наибольшие значения направленности антенны обеспечиваются при горизонтальной поляризации. Наиболее эффективно антенна работает на углах прихода от 20° до 40° в азимутальном секторе ± 45°. На высотах подъема до 0,62·λ. в секторе углов прихода от 0° до 90° диаграмма направленности однолепестковая. Характерным является малый уровень КН антенны в азимутальном направлении 180° для вертикальной поляризации.

Направленное действие антенны по углам прихода сильно зависит от высоты размещения над поверхностью земли. В секторе углов прихода от 0° до 90° до высоты подъема 0,62·λ сечение ДН имеет однолепестковый характер. Увеличение высоты подъема на 0,5·λ приводит к появлению дополнительного лепестка в сечении ДН в секторе углов прихода от 0° до 90°. Увеличение высоты подъема приводит к прижатию лепестка диаграммы направленности к земле, что дает возможность работать при малых углах прихода.

При горизонтальном расположении антенны большие значения коэффициента направленности антенны наблюдаются для горизонтальной поляризации. Наклон траверсы антенны приводит к некоторому уменьшению направленного действия антенны и уменьшению провалов в квазивертикальном направлении. При наклоне траверсы антенны возможно исключение провалов (в даном случае при 20° минус 20 дБ при угле наклона минус 5°) и повышение направленного действия антенны до 25 дБ в квазивертикальном направлении.

В графической части курсового проекта выполнен сборочный чертеж антенны со спецификацией и чертежи элементов конструкции.

Фрагмент текста работы:

1. Теоретическая часть

1.1 Анализ теоретических основ построения лямбда образной антенны

Лямбда -образная антенна (λ-антенна) применяется для ведения связи (в общем диапазоне частот) с радиостанцией Р-137 на частотах 20-30 МГц. Для этого V-образные антенны преобразуются в λ-образные следующим образом. Полотна V-образных антенн необходимо ориентировать в направлении корреспондента, при этом расстояние между концами полотен должно быть от 1,0 до 1,5 м. На 2-метровых кольях укрепляются нагрузочные сопротивления и подключаются противовесы. На коммутаторе передающих антенн отключается вывод антенны штырь 4 м от изолятора, а оба конца фидера передающей V-образной антенны подключаются на его место. На мачте с приемными антеннами одна перемычка между клеммой изолятора и полотном V-образной антенны отключается от антенны и подключается к клемме заземления. Отводы от V-образной антенны подсоединяются вместе к перемычке, подключенной вторым концом к незаземленной клемме изолятора.

Прием сообщений корреспондента осуществляется на приемную λ-образную антенну или штырь 4 м. При слабом сигнале предпочтительнее применять λ-образную антенну. Симметричный наклонный приемный диполь применяется как для связи пространственными, так и для связи поверхностными волнами в диапазоне частот от 1,5 до 16 МГц.

4-х метровый приемный штырь, устанавливаемый на 12-метровой мачте, используется для связи поверхностными волнами на расстояние до 100 км во всем диапазоне частот радиостанции от 1,5 до 30 МГц.

Для уменьшения наводимых напряжений высокой частоты со стороны передающих антенн приемные антенны развертываются на расстоянии 50-55 м от радиостанции.