Файл: Методические указания и задания к расчетнографическим работам для студентов и курсантов специальности.doc

Камчатский государственный технический университет

Кафедра радиооборудования судов

Дружин Г.И.

антенны и устройства свч

Методические указания и задания к расчетно-графическим работам для студентов и курсантов специальности 160905

«Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования»

очной и заочной форм обучения




Петропавловск-Камчатский

2008

УДК 3621.396

ББК 32.84

Д76


Рецензент:

Д.А.Бакеев,

кандидат технических наук, доцент,
заведующий кафедрой «Радиооборудования судов» КамчатГТУ


Дружин Г.И.
Д76 Антенны и устройства СВЧ. Методические указания и задания к расчетно-графическим работам для студентов и курсантов специальности 160905 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» очной и заочной форм обучения. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2008. – 32 с.
Методические указания и задания к расчетно-графическим работам составлены в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания дисциплины «Антенны и устройства СВЧ», входящей в основную образовательную программу подготовки специалистов по специальности 160905 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования.

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом КамчатГТУ (протокол № от 2008 г.).

УДК 3621.396

ББК 32.84


© КамчатГТУ, 2008

© Дружин Г.И.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение..............................................................................................................4

1. Расчет основных характеристик антенны типа

элементарный электрический вибратор…………………...………………5

2. Расчет характеристик симметричного

электрического вибратора……………………………………………..……8

3. Расчет передающей антенны, предназначенной

---

для работы в диапазоне средних волн……………………………………15

4. Расчет параметров антенны

для коротковолновой трассы……………………………………………...19

5. Расчет основных характеристик

волновода………...……………………………….………………………….24

Заключение………..…………………………………………………………31

Список литературы………….………………………...……………………32

Введение
Методические указания и задания к расчетно-графическим работам предназначены для практических занятий в процессе обучения студентов и курсантов дисциплины «Антенны и устройства СВЧ». Задачей занятий является приобретение практических навыков по расчету основных характеристик антенных устройств и волноводов.

В разделе «Расчет основных характеристик антенны типа элементарный электрический вибратор» студенты приобретают навыки по расчету: сопротивления и мощности излучения; напряженности электрического и магнитного поля в пункте приема сигнала. Расчеты основных характеристик проводятся для элементарного вибратора, находящегося в свободном пространстве.

Зависимость распределения тока и заряда вдоль вибратора, а также диаграмма направленности вибратора рассматривается в разделе «Расчет характеристик симметричного электрического вибратора». В этом разделе параметры вибратора рассчитываются в зависимости от соотношения длины вибратора к длине волны.

В разделе «Расчет передающей антенны, предназначенной для работы в диапазоне средних волн» приводятся примеры вычисления емкости антенны, емкостного и волнового сопротивления, действующей высоты, сопротивления и мощности излучения. Рассчитываются диаграммы направленности Т-образной антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Расчет длины вибратора и высоты подвеса антенны приводится в разделе «Расчет параметров антенны для коротковолновой трассы». Рассчитываются диаграммы направленности полуволнового вибратора, расположенного над земной поверхностью. Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости рассчитывается таким образом, чтобы направление максимального излучения совпадало с направлением луча, по направлению которого в пункт приема приходит электромагнитная волна.

---

В разделе «Расчет основных характеристик волновода» по заданным поперечным размерам волновода проводится расчет критических частот и длин волн, зависимостей затухания, фазовой и групповой скорости от частоты. Приводится сравнение полученных характеристик (длины волны, фазовой и групповой скорости) в волноводе с соответствующими характеристиками в воздухе.

---

Методические указания и задания к расчетно-графическим работам разработаны в соответствии с рабочими программами по дисциплине «Антенны и устройства СВЧ» для студентов и курсантов специальности 160905 "Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования".

1. 
   Расчет основных характеристик антенны типа
   

элементарный электрический вибратор
Задание
Для элементарного электрического вибратора, расположенного в свободном пространстве, рассчитать:

• 
  характеристику направленности F(α);
  
• 
  сопротивление излучения R_изл;
  
• 
  мощность излучения P;
  
• 
  напряженность электрического поля Е в пункте приема сигнала;
  
• 
  напряженность магнитного поля Н;
  

Нарисовать чертеж антенны и диаграмму направленности антенны.
Исходные данные:

• 
  ток в точках питания антенны I = 10 A,
  
• 
  частота излучения f = 10 МГц,
  
• 
  длина антенны L = 2 м,
  
• 
  расстояние между пунктами приема и передачи r = 10 км.
  

Решение
1. Линейный проводник, длина которого значительно меньше длины волны, а амплитуда и фаза тока в нем не зависят от длины, называется элементарным электрическим излучателем. Вибратор Герца является элементарным электрическим вибратором (рис.1.1). Он состоит из двух проводников, к которым подводится ток высокой частоты. На концах проводников расположены металлические шары. За счет относительно большой (по сравнению с проводниками) емкости шаров и малой длины проводников (много меньшей длины волны) амплитуда тока вдоль вибратора остается практически постоянной. Напряженность электрического поля в точке приема сигнала от элементарного электрического вибратора можно определить по формуле:

, (1.1)

где I – ток в антенне, L – длина антенны, Z₀ – волновое сопротивление, r– расстояние между пунктами приема и передачи, λ – длина волны, α – угол, отсчитываемый от оси вибратора.

Из формулы (1.1) следует, что нормированная характеристика направленности элементарного электрического вибратора определяется соотношением:

---

. (1.2)

Следовательно, задаваясь углом α, можно вычислить, а затем построить характеристику (диаграмму) направленности этого вибратора. От выбранного интервала углов будет зависеть точность, с которой будет построения диаграмма направленности. Если после построения диаграммы будет видно, что выбранный интервал углов не удовлетворяет заданным требованиям по точности определения относительной амплитуды сигнала в промежутках между вычисленными значениями, то следует выбрать другой (меньший) угловой интервал.

Выберем угловой интервал ∆α = 30⁰ и вычислим значения F(α) по формуле (1.2). Результат запишем в таблицу 1.1.
Таблица1.1
Зависимость амплитуды сигнала от угловых координат при ∆α = 30⁰

α, град.	0	30	60	90	120	150	180
F(α),отн.ед.	0	0,5	0,866	1	0,866	0,5	0

α, град.	210	240	270	300	330	360
F(α),отн.ед.	-0,5	-0,866	-1	-0,866	-0,5	0

Рис.1.1. Диполь Герца (слева) и его диаграмма направленности (справа)
Из рис.1.1 видно что точность в определении амплитуды F(α) для промежуточных значений углов α (между вычисленными значениями α) невелика, поэтому уменьшим ∆α до 15⁰. Вычисленные по формуле (1.2) значения F(α) запишем в таблицу 1.2, затем построим диаграмму направленности (рис.1.2).
Таблица 1.2
Зависимость амплитуды сигнала от угловых координат при ∆α=15

---