Разработка судовой телевизионной антенны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственный комитет РФ по рыболовствуФедеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мурманский государственный технический университет»

Кафедра РТКС

Курсовая работа

по дисциплине «Антенны и распространение радиоволн»

по теме «Разработка судовой телевизионной антенны»

Выполнил:

Ефимов А.Д

Проверил:

Милкин В.И.

Мурманск 2017 г.

Техническое задание

Спроектировать судовую телевизионную антенну со следующими параметрами:

Содержание

Введение

1. Расчеты по антенне Харченко

2. Расчеты по судовой телевизионной антенне

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В данной работе будет спроектирована антенна для приема телевизионного сигнала в ДМВ-диапазоне (470-870 МГц), которая может быть установлена на морские, речные суда, грузовые автомобили, либо другие наземные подвижные средства, где требуется антенна с горизонтальной диаграммой направленности 3600.

Можно сильно уменьшить физические размеры антенны, исключив для приема диапазон метровых волн (50-300 МГц), так как на данный момент цифровое телевидение в России ведет вещание в диапазоне дециметровых волн (470-870 МГц).

За основу возьмем двойную рамочную антенну (антенна Харченко). Антенна показана на рис.1. Периметр каждой из рамок равен длине волны, на которой работает рамка. За счет параллельного включения двух рамок суммарное входное сопротивление системы близко к 60 Ом, следовательно, антенну можно питать через коаксиальный кабель как 75 Ом, так и 50 Ом.

Коэффициенты усиления двойной рамочной антенны или, как ее еще называют, зигзагообразной антенны, достигают от 6 до 8 дБ.

Рис.1

1. Расчеты по антенне Харченко

Вычисляем среднюю частоту диапазона: .

Центральная частота f: 660 МГц

Волновое сопротивление антенны с: 75 Ом

Длина волны л: 454 мм

Размер L1 (внешняя сторона квадрата): 113.5 мм

Размер L2 (внутренняя сторона квадрата): 109.5 мм

Размер L3 (общая длина рамок): 303.7 мм

Размер L4 (ширина рамок): 165.7 мм

Размер L5 (промежуток в месте подключения): 5.8 мм

Расстояние вибратор-рефлектор D: 55.2 мм

Размер B (ширина рефлектора): 454 мм

Размер H (длина рефлектора): 454 мм

Диаметр проволоки вибратора: 7.7 мм

Общая длина проволоки (с запасом на повороты): 938.2 мм

Смоделируем с помощью программы MMANA-GAL

антенну и посмотрим графики (Рис.2):

Рис.2

На графиках видно, что антенна Харченко - направленная и ее коэффициент стоячей волны не находится в приемлемых для нас пределах. Желательно, чтобы значение КСВ в линии передачи было близко к единице, при этом максимален КПД системы «линия передачи -- нагрузка», равный отношению мощности, выделяемой в нагрузке, к мощности падающей волны, отдаваемой генератором в линию передачи. Допустимые значения КСВ на рабочей частоте или в полосе рабочих частот для различных устройств регламентируются в технических условиях и ГОСТах. Обычно приемлемые значения КСВ лежат в пределах от 1.1 до 2.0.

Немного теории:

Как синфазные, так и противофазные антенны обладают двухнаправленным излучением, т.е. имеют одинаковые максимумы излучения в двух противоположных направлениях. Однонаправленное излучение получается, когда в вибраторах, расположенных на расстоянии в четверть волны друг от друга, токи сдвинуты по фазе один относительно другого на четверть периода. Если ток в вибраторе 1 (рис.3) опережает по фазе на 90° ток в вибраторе 2, то волна вибратора 1, движущаяся в сторону вибратора 2, достигает последнего через промежуток времени:

Рис.3

В это время ток в нем будет иметь ту фазу, которую имел ток в вибраторе 1 при излучении волны, дошедшей теперь до вибратора 2. Поэтому волна вибратора 2 будет синфазна с волной, пришедшей от вибратора 1, и обе волны будут складываться. В результате этого в направлении А суммарная волна будет в 2 раза больше волн каждого из вибраторов. В это время ток в нем будет иметь ту фазу, которую имел ток в вибраторе 1 при излучении волны, дошедшей теперь до вибратора 2. Поэтому волна вибратора 2 будет синфазна с волной, пришедшей от вибратора 1, и обе волны будут складываться. В результате этого в направлении А суммарная волна будет в 2 раза больше волн каждого из вибраторов. рамочный антенна излучатель кабель

В это время ток в нем будет иметь ту фазу, которую имел ток в вибраторе 1 при излучении волны, дошедшей теперь до вибратора 2. Поэтому волна вибратора 2 будет синфазна с волной, пришедшей от вибратора 1, и обе волны будут складываться. В результате этого в направлении А суммарная волна будет в 2 раза больше волн каждого из вибраторов.

Система из двух излучателей, обладающая однонаправленным излучением (Рис.4):

а - сложение волн вибраторов;

б - диаграмма направленности в плоскости вибраторов;

в - диаграмма направленности в плоскости, перпендикулярной вибраторам.

Рис.4.

В противоположном направлении Б имеет место обратная картина. Пока волна вибратора 2, ток в котором отстает на четверть периода от тока вибратора 1, достигнет последнего, пройдет четверть периода, и ток в вибраторе 1 к этому моменту времени уже на полпериода опередит ток вибратора 2, создавшего волну, подошедшую к вибратору 1. Последняя окажется в противофазе с волной, излученной вибратором 1, и в направлении Б волны взаимно уничтожаются.

По другим направлениям вследствие другой величины разности хода происходит либо частичное уничтожение, либо частичное сложение волн. Из диаграммы направленности такой системы (рис.4, б и в) видно, что вибратор, в котором ток опережает по фазе ток другого вибратора, как бы отражает излученные последним волны и посылает их в противоположном направлении. Благодаря такому действию вибратора 1 его называют рефлектором или зеркалом, а вибратор 2 - антенной.

2. Расчеты по судовой телевизионной антенне

Как видно из вышесказанного, с помощью рефлектора антенна становится направленной. Изменим рамочную антенну Харченко и уберем рефлектор, так как нам нужна всенаправленная антенна. Также немного видоизменим саму рамку для уменьшения физических размеров и увеличения прочности конструкции (Рис.5)

Рис.5

Проверим в программе MMANA-GAL параметры данного вибратора:

Рис.6

Антенны не производят сами собой энергию, они всего лишь концентрируют излучаемую радиочастотную энергию в узком направлении таким образом, что из антенны в требуемом направлении выходит больше мощности.

Рис.7

Как видно из графиков, антенна из одного рамочного вибратора стала двунаправленной, как в горизонтальной, так и вертикальной плоскости. В связи с этим, уменьшился коэффициент усиления антенны. Также видно, что коэффициент стоячей волны в пределах диапазона частот не находится в приемлемых пределах.

Чтобы улучшить горизонтальную диаграмму направленности, добавим к нашей конструкции еще один вибратор (Рис.7):

Проверим в программе MMANA-GAL параметры данного вибратора:

Рис.8

Из полученных графиков видно, что в вертикальной плоскости прием сигналов практически отсутствует, что будет способствовать уменьшению помех от радиостанций, гетеродинов вещательных приемников и телевизоров, антенных усилителей, а также дальних телепередатчиков, основные частоты или гармоники которых попадают в частотный диапазон канала, в котором производится прием, или лежат в полосе пропускания УПЧ.

Помехи могут возникать и в случае, когда частоты мешающих сигналов лежат вне указанных каналов, но из-за их интенсивности возникают перекрестные модуляции и комбинационные частоты.

В нашем случае мы сможем уменьшить влияние помех на прием сигнала, так как поляризация антенны стала горизонтальной.

Постараемся улучшить диаграмму направленности нашей антенны и добиться «всенаправленности». Изменим конструкцию, добавив в нее такой же вибратор, установленный перпендикулярно (Рис.9):

Рис.9

Проверим в программе MMANA-GAL параметры созданной антенны:

Рис.10

Рис.11

Заключение

Как видно из полученных графиков, нам удалось добиться в горизонтальной плоскости приемлемой направленности 3600. В вертикальной плоскости прием минимален, что уменьшит помехи приему. Коэффициент усиления на всем диапазоне не менее 8 dBi, что тоже соответствует исходным требованиям технического задания.

Коэффициент стоячей волны не вполне соответствует предъявленным требованиям, но приемлем для согласования с фидером, коаксиальным кабелем 75 Ом. Т.е. для приема сигналов не потребуется дополнительного питания антенны.

Также немаловажно, что антенна имеет небольшие физические размеры: высота - 16 см, диаметр - около 22 см, что существенно упрощает ее установку.

Для укрепления конструкции каркас антенны (Рис.11), на котором будут крепиться вибраторы изготовим из стальных труб диаметром: 25 мм - вертикальная(1) и 16 мм - горизонтальные(2). Вибраторы (5) изготовим из биметалла (сталь и медь) для усиления прочности с одной стороны и улучшения прохождения токов с другой.

Коаксиальный кабель (3) вводится снизу в вертикальную трубу каркаса. Центральная жила и оплетка выводятся по центру трубы через отверстие (4) и припаиваются к выводам вибраторов.

Список использованной литературы

1. Изюмов Н.М., Линде Д.П. «Основы радиотехники» Энергия, 2-е издание, 1965, стр.482.

2. Белоцерковский Г.Б. «Основы радиотехники и антенны. Часть 2. Антенны». - М.: Советское радио, 1969. -- 328 с.

3. Гончаренко И.В., «Компьютерное моделирование антенн. Все о программе MMANA» издательское предприятие РадиоСофт, журнал «РАДИО», 2002

Размещено на Allbest.ru