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 3 м.

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).

Рисунок 1 — Антенная решетка. Установка на рефлектор. Схема питания Основные параметры конструкции антенны:

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

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

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

Антенное устройство выполнено из алюминиевой трубы:

А5 (9мм) ГОСТ 18 475–82, ОСТ 192 096;83.

Основные параметры элементов системы питания:

l₁ = 165 мм (произвольно); l₂ = 0,12· л_max = 77 мм; l₃ = 0,18· л_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· л_мах, учитывая размеры антенны возьмем L_E = 0,8· л_мах = 510 мм;

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

d_р > 0,001· л_ср = 0,7 мм, возьмем d_р = 1 мм;

Т_р = 0,05· л_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.

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

Множитель решетки М_Р (и) 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)

где — диаграмма направленности единичного излучателя;

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 и_Е, и_Н — ширина диаграммы направленности на уровне 0,707 Е_мах для плоскостей Е и Н соответственно.

Как видно из графика ДН на Рисунке 8, и_Е = 44°, и_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: с=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

В ходе выполнения расчетно-графической работы, было выполнено проектирование диапазонной направленной антенны: определены все необходимые параметры конструкции; выполнен расчет диаграммы направленности графическим способом; достигнутый КНД является достаточным; выполнено согласование с помощью широкополосного трансформатора на сосредоточенных элементах с коэффициентом трансформации n = 0,8. Рассчитанная антенна является пригодной для приема/передачи сигнала в диапазоне частот 430−470 МГц.

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/ Дата обращения 15.04.15.