Расчет логопериодической антенны
Общая характеристика, принцип работы и схематическое изображение логопериодической антенны. Геометрический расчет коэффициента направленного действия и рабочего интервала частот антенны. Проектирование конструкции антенны с помощью программы MMANA.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.10.2011 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по курсу «Антенны и устройства СВЧ»
Расчет логопериодической антенны
Содержание
- Введение
- Краткие теоретические сведения
- Расчет геометрии антенны
- Описание конструкции
- Выводы
- Список литературы
- Введение
- Передача радио- и телепрограмм осуществляется с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Антенна - это устройство, предназначенное для излучения и приема радиоволн. Для передачи сигналов телевизионного изображения и звукового сопровождения используются определенные частоты диапазона ультракоротких волн.
Высококачественный прием возможен только при условии выбора наиболее подходящего для данного района типа антенны и правильной ее установки. Кроме того индивидуальная антенно - фидерная система для приема сигнала может содержать согласующие устройства, антенные усилители, сумматоры и разветвители сигнала, неправильное применение которых также приводит к ухудшению приема.
- На качество приема влияет расстояния до передатчика, рельеф местности, наличие препятствий для прохождения радиоволн, тип и кабеля и другие факторы.
- В настоящее время существует множество типов антенн, такие как простые дипольные антенн (слабонаправленные антенны), антенны типа «волновой канал», зигзагообразные антенны, рамочные антенны, логопериодические антенны, синфазные решетки.
- Проведя анализ исходных данных (диапазон частот, усиление), я решил провести расчет логопериодической антенны. Логопериодическая антенна относится к числу широкополосных антенн. Она хорошо согласуется с коаксиальным кабелем, обеспечивает прием сигналов в десятикратном и более диапазоне частот. Также в выборе антенны сыграли свою роль простота конструкции и дешевизна реализации.
Краткие теоретические сведения.
Логопериодическая антенна.
Существует много разновидностей логопериодических антенн, однако любая из них может быть представлена в виде системы вибраторов. Схема такой антенны представлена на рис.1.
Рис.1. Схематическое изображение логопериодической антенны
Антенна состоит из двухпроводной распределительной линии длиной L, в которую включены вибраторы различной длины. Длина плеча наибольшего вибратора l1=лмакс./4, длина плеча наименьшего вибратора lN<лмин./4. Нижние и верхние плечи соседних вибраторов присоединяются к различным проводникам двухпроводной линии, что обеспечивает однонаправленное излучение с максимумом в направлении коротких вибраторов. Кабель подключается к клеммам антенны.
Проводники (трубки) распределительной двухпроводной линии располагаются в вертикальной плоскости, а вибраторы - в горизонтальной, причем так, что любые два соседних полувибратора были направлены в противоположные стороны. Коаксиальный кабель проложен внутри нижней трубки и на входных клеммах распаян экранной оболочкой на нижнюю, а центральной жилой - на верхнюю трубку.
Размеры антенны и ее электрические характеристики определяются тремя основными параметрами: периодом логопериодической структуры ф, углом полотна 2б и длиной L.
Параметр ф определяет частотную периодичность характеристик логопериодической антенны. Каждый вибратор имеет свою резонансную частоту. На самой низкой частоте рабочего диапазона f1=fмин резонирует вибратор 1 с длиной плеча l1, на следующей, более высокой частоте f2 резонирует вибратор 2 с длиной плеча l2=фl1 и т.д., причем f1=фf2 (ф<1). Резонансные частоты любых двух элементов (вибраторов) логопериодической антенны связаны соотношением:
fn=фfn+1 (n=1,2,… N)
При изображении на логарифмической шкале резонансные частоты повторяются через одинаковые интервалы, равные постоянной величине ln(1/ф), поскольку:
ln fn+1 - ln fn= ln fn+1/fn = ln 1/ф = const.
Параметры логопериодической антенны выбираются так, чтобы внутри одного (любого) интервала частот fn+1 - fn характеристики антенны менялись незначительно. Это малое изменение свойств будет иметь место во всем рабочем диапазоне частот, поэтому антенны, построенные по указанному принципу, носят название логарифмически - периодических или логопериодических.
Расчет геометрии антенны
Точный расчет логопериодической антенны довольно сложен, но существует и простая методика расчета. Она позволяет сконструировать антенну, задавшись такими параметрами, как коэффициент направленного действия (КНД) и рабочий интервал частот.
Длины вибраторов логопериодической антенны и расстояния между ними должны изменяться в геометрической прогрессии со знаменателем ф, а расстояние (выраженное в длинах волн) между полуволновым наибольшим и соседним, меньшим, вибратором характеризуется параметром у. Параметры ф и у связаны между собой соотношением:
у = 0,25 (1 - ф) ctgб,
где б представляет собой угол между осью антенны и линией, проходящей через концы вибраторов. Выбор параметров ф и у носит компромиссный характер и влияет на число вибраторов и размеры антенны (на ее длину L между наименьшим и наибольшим вибраторами). Рекомендуется выбирать указанные параметры в соответствии со значением КНД по графику, изображенному на рис. 1.491
На этом графике под оптимальным подразумевается значение у, которому соответствует минимальное значение ф при заданном КНД антенны.
В соответствии с этим, в нашем случае при КНД=10, у=0,17 ф=0,917. Следует отметить, что число вибраторов антенны N зависит, в основном, от значения ф, а ее размеры возрастают с увеличением у. Кроме того, оптимальному значению у соответствует минимуму коэффициента стоячей волны (КСВ), а при больших значениях у диаграмма направленности становится многолепестковой.
Выбрав параметры у и ф вычисляем угол б по формуле:
Следовательно, б=70
Для определения ориентировочной длины антенны L и числа вибраторов N находят ширину «активной» области антенны Bs, под которой понимают зону, где находится резонансный вибратор с двумя другими, примыкающими к нему, из соотношения:
Bs= B*Bar,
где B = fmax/fmin - заданный коэффициент перекрытия рабочего интервала частот, а Bar - коэффициент, характеризующий ширину «активной» области. Коэффициент Bar рекомендуется выбирать, исходя из ф и б по графику, изображенному на рис. 1.50.1
В соответствии с графиком получаем:
Bar=1,6
Тогда:
1) Графики приведены в учебнике «Телевизионные антенны» под ред. Синдеева Ю.Г.
Поскольку длина самого длинного вибратора равна лmax/2, то длину антенны можно определить по формуле:
Необходимое число вибраторов можно найти из соотношения:
После этого рассчитываем длину вибраторов и расстояние между ними, начиная с самого длинного, равного половине максимальной длины волны рабочего интервала частот, по формулам:
ln+1=ln*ф,
dn=0.5(ln-ln+1)ctgб,
где dn - расстояние между двумя вибраторами с номерами n и n+1.
Описание конструкции
Расчет геометрии антенны производился с помощью программы MMANA.
Ниже на рис.2 приводится вид антенны после поведенной оптимизации.
логопериодическая антенна
Рис.2. Общий вид антенны
Размеры антенны:
Номервибратора |
Длинавибратора, м |
Расстояние междувибраторами, м |
|
|
1 |
0.101 |
0.035 |
|
|
2 |
0.092 |
0,066 |
|
|
3 |
0.084 |
0,062 |
|
|
4 |
0.077 |
0,057 |
|
|
5 |
0.071 |
0,051 |
|
|
6 |
0.065 |
0,048 |
|
|
7 |
0.059 |
0,042 |
На рис.3,4,5 представлены диаграммы направленности антенны, рассчитанные в свободном пространстве, на высоте л/4 и на высоте 5м соответственно.
Рис.3. Диаграмма направленности антенны в свободном пространстве
Рис.4. Диаграмма направленности антенны на высоте л/4.
Рис.5. Диаграмма направленности антенны на высоте 5м.
Далее покажем, что как ведут себя КСВ, усиление и Z в заданном диапазоне частот:
Рис.6. Графики зависимости усиления и коэффициента F/B от изменения частоты в заданном диапазоне частот
Рис.7. График зависимости КСВ от изменения частоты в заданном диапазоне частот
Рис.8. График зависимости активного и реактивного сопротивления от изменения частоты в заданном диапазоне частот
По этим графикам можно сказать, что в заданном диапазоне частот мы добились необходимого усиления (14дБ), а КСВ не превышает отметки в 2.6.
Список литературы.
1. Синдеев Ю.Г. Телевизионные антенны. Серия «Учебники, учебные пособия». Ростов-на-Дону, изд-во «Феникс», 1998. - 192 с.
2. Гончаренко И.В. Компьютерное моделирование антенн. Всё о программе MMANA. - М.:ИП РадиоСофт, Журнал «Радио», 2002. - 80 с.
3. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. - М.: «Энергия», 1975. - 528 с.
4. Тихонов А.Н., Дмитриев В.И. Метод расчёта распределения тока в системе линейных вибраторов и диаграммы направленности этой системы // Вычислительные методы и программирование. - М.:МГУ, 1968. Вып.10, с.3-8.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Определение геометрических параметров антенны. Выбор и расчет параметров облучателя: его геометрические параметры, определение фазового центра, создание требуемой поляризации поля. Расчет электрических характеристик антенны и особенностей ее конструкции.
курсовая работа [499,9 K], добавлен 21.03.2011Создание модели антенны и оптимизация ее конструкции. Свойства антенны горизонтальной поляризации с учетом свойств поверхности земли в направлении максимального КНД и влияние диаметра проводников симметричного вибратора на рабочую полосу частот.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.02.2016Общая характеристика зеркальной антенны, ее назначение и применение. Расчет зеркальной параболической антенны сантиметрового диапазона с облучателем в виде пирамидального рупора. Определение коэффициента усиления с учетом неточности изготовления зеркала.
курсовая работа [579,3 K], добавлен 18.01.2014Определение элементов конструкции антенны. Выбор геометрических размеров рупорной антенны. Определение типа возбуждающего устройства, расчет его размеров. Размеры раскрыва пирамидального рупора. Расчет диаграммы направленности и фидерного тракта антенны.
курсовая работа [811,9 K], добавлен 30.07.2016Геометрический расчет основных размеров облучателя. Определение геометрических размеров параболического зеркала. Расчет ДН облучателя, поля в апертуре и ДН зеркала, конструкции антенны. Выбор фидерного тракта. Расчет диаграммы направленности антенны.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.12.2011Зеркальные антенны - распространенный тип остронаправленных СВЧ антенн в радиолокации, космической радиосвязи и радиоастрономии. Разработка конструкции антенны со смещенным рефлектором. Определение размеров зеркала, распределения поля в раскрыве антенны.
курсовая работа [149,3 K], добавлен 27.10.2011Требования, предъявляемые к спутниковым антеннам. Общие сведения и принцип действия зеркальной антенны. Расчет пирамидального облучателя и диаграммы направленности. Определение коэффициента направленного действия. Геометрические размеры зеркала.
курсовая работа [102,3 K], добавлен 15.05.2014Конструкция антенны и схема питания. Расчет диаграммы направленности и коэффициента усиления антенны. Расчет дальности приема на всех каналах. Определение входного сопротивления и коэффициента стоячей волны. Расчет низкочастотного фильтра прототипа.
курсовая работа [644,3 K], добавлен 06.01.2012Антенны как устройства, предназначенные для излучения и приема радиоволн, принцип их действия, внутреннее устройство и элементы. Проектирование двухэлементной антенны с двумя вертикальными активными полуволновыми вибраторами для заданной частоты.
контрольная работа [1,6 M], добавлен 26.12.2013Основные геометрические свойства параболоида вращения. Эффективность параболической антенны. Расчет диаграмм направленности с учетом тени, создаваемой облучателем. Расчет себестоимости зеркальной антенны. Электромагнитное и ионизирующее излучения.
дипломная работа [3,7 M], добавлен 09.10.2014
