Файл: Курсовая работа Исследование компактной антенны увч диапазона.docx
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 94
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова»
Кафедра инфокоммуникаций и радиофизики
Зав. кафедрой,
д.т.н., профессор
Ю.А.Брюханов
«__» _______ 20__ г.
Курсовая работа
«Исследование компактной антенны УВЧ диапазона»
Научный руководитель старший преподаватель
_______ Н.И.Фомичев
«__» _______ 20__ г.
Студент группы РТ-31БО
_______ К.А.Фёдоров
«__» _______ 20__ г.
СОДЕРЖАНИЕ
| Введение | 3 |
| Глава 1. Теоретические данные 1.1 Антенны. Общие сведения | 4 4 |
| 1.2 Обзор и строение штыревых антенн | 5 |
| 1.3 Основные параметры антенно-фидерных устройств | 5 |
| 1.4 Методы измерения Выводы к главе Глава 2. Практическая реализация технических решений 2.1 Практическая часть измерений со схемами 2.2 Расчет КУ и КСВ 2.3 Построение диаграмм направленности по полученным измерениям | 6 14 14 14 18 20 |
| Выводы к главе | 22 |
| Заключение | 22 |
| Список литературы | 22 |
| | |
Введение
В современном мире с развитием спутниковой связи и военной промышленности для беспроводных технологий систем передачи информации требуется быстрая и качественная передача данных через компактные приемо-передающие антенны. Актуальной задачей является разработка антенн, обладающих одновременно малыми массогабаритными характеристиками, высоким коэффициентом усиления, простотой технического изготовления и заданной поляризацией.
Качество получаемого антеннами сигнала зависит от ряда условий, влияющих на прием информации, но самым важным фактором является частотный диапазон в котором идет процесс работы спутниковой связи.
Существует множество типов антенн, такие как, штыревые антенны, спиральные, рупорные, система решеток, антенны поверхностных волн, диэлектрические, зеркальные, микрополосковые (патч) антенны и т.п. В данной работе будут рассматриваться штыревые антенны. Такой выбор связан с данными технического задания, а
именно найти технические решения, измерить данную антенну на частоте 162 МГц и получить диаграмму направленности.
Для выполнения технического задания, можно выделить ряд задач:
-
Проанализировать теоретические данные, касающиеся данных антенн; -
Рассмотреть существующие технические решения антенн, работающих в заданном диапазоне частот, и выбрать наиболее подходящие; -
Провести измерения согласно методике по данной антенне; -
Оценить характеристики данного технического решения; -
С помощью полученных данных построить диаграмму направленности.
Глава 1. Теоретические данные
-
Антенны. Общие сведения
Антенна – устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн. Любую конкретную антенну можно условно разделить на следующие составные части: 1) вход; 2) согласующее устройство; 3) распределитель; 4) излучающая система.
«Рисунок 1 – Структурная схема антенны»
Назначение передающей антенны состоит в преобразовании направляемых электромагнитных волн, движущихся от генератора по фидерной линии ко входу антенны, в расходящиеся электромагнитные волны свободного пространства. Приемная антенна, напротив, преобразует падающие на нее свободные волны в направляемые волны фидера, подводящие принятую мощность ко входу приемника.
«Рисунок 2 – Радиосистема с управляемыми антенными устройствами»
-
Обзор и строение штыревых антенн
Штыревой антенной называется антенна в виде несимметричного Вибратора, выполненного из жёсткого металлического стержня (сплошного или состоящего из нескольких сочленяющихся звеньев) либо из большого числа металлических катушек, нанизанных на гибкий стальной трос (т. н. антенна Куликова). Реже применяются Ш. а. из профилированной металлической ленты, проволочных жгутов или металлизированных диэлектрических стержней. Диаграмма направленности излучения (приёма) Ш. а. в горизонтальной плоскости имеет форму круга (см. рис. 2), поэтому такая антенна особенно удобна при связи между наземными объектами с изменяющимся во времени взаимным расположением, например между передвижными радиостанциями (установленными в автомобилях, танках и т.п.).
Рис. 2. Вертикальный несимметричный вибратор: а — схема: 1 — провод (излучатель); 2 — клеммы, присоединяемые к передатчику; 3 — направление в точку наблюдения; 4 — система заземления; 5 — поверхность земли; б — диаграмма направленности в вертикальной плоскости; в — диаграмма направленности в горизонтальной плоскости.
-
Основные параметры антенно-фидерных устройств
Для расчета антенны мы используем фидер с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом, что касается диапазона частот АФУ, устанавливаем его в ТУ на АФУ конкретного типа. Так же мы должны обеспечить надежный контакт между собой замковое соединение колен антенны и амортизатора. Переходное электрическое сопротивления любого соединения не должно превышать 0.1 Ом, при условии, что другая величина не оговорена в ТУ на антенно-фидерном устройстве конкретного типа. Испытания над штыревой антенной проходит в двух тысячах циклов свертывания-развертывания или пяти тысячах отклонений, Переходное сопротивление одного соединения должно быть не больше, чем 0,15 Ом, если другая величина так же не обговорена ТУ на антенну конкретного типа. На конкретный тип антенно-фидерных устройств устанавливается свой коэффициент стоячей волны (КСВн), входное сопротивление, коэффициент усиления (КУ), форма, неравномерности диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.
-
Методы измерения
Для проведения эксперимента, мы должны подготовить рабочее место, удостовериться, что погодные условия позволяют нам провести измерения, температура воздуха должна находиться от 15 до 35°С (от 288 до 308 К. Относительная влажность воздуха в районе 45-80%, - атмосферное давление от 0,86·10. В качестве стандартного напряжение используем увеличенное на 10% номинальное напряжение (при питании приборов от аккумуляторов, заряд на которые поступает во время эксплуатации).
Измерительная аппаратура, характеристика которой, должна соответствовать приведённым в таблице.
| Наименование прибора | Наименование прибора | Значение параметра |
| Диапазон частот, МГЦ | От 26 до 500 |
| Пределы измерения КСВн | «1.03» 2.0 | |
| Пределы измерения амплитуды, дБ | «-60» +10 | |
| Пределы измерения фазы, град. | «0» ±180 | |
| Волновое сопротивление, Ом | 50(70) | |
| Погрешность измерений КСВн, % | ±2.4 КСВн | |
| Диапазон частот, МГЦ | От 26 до 500 |
| Пределы измерения КСВн | «1.05» 5.0 | |
| Волновое сопротивление, Ом | 50(70) | |
| Пределы измерения коэффициента передачи, дБ | От -50 до +30 | |
| Погрешность измерений КСВн, % | ±5 КСВн | |
| Диапазон частот, МГц | От 26 до 500 |
| Волновая мощность, Вт, не менее | 0.5 | |
| Погрешность установки частот, % | 1.0 | |
| Нестабильность частоты за 15 мин, Гц | 2.5*  fн+50 | |
| Диапазон частот, МГц | От 26 до 500 |
| Пределы измерения напряжения мкВ | «1.0» 0.5*  | |
| Входное сопротивление, Ом | 50 | |
| Погрешность измерения напряжения, дБ, не более | 1.5 | |
| Диапазон частот, МГц | От 26 до 500 |
| Погрешность измерения частоты, не более | 5*  | |
| Диапазон измеряемых сопротивлений, Ом | От 0.0001 до 100 |
| Основная погрешность, Ом | ±1.5 | |
| Волновое сопротивление, Ом | 50(75) |
| Коэффициент стоячей волны, не более | 1.3 | |
| Ослабление мощности, дБ, не более | 10 |
Измерения штыревых антенн проводятся на специально отведенной территории (полигоне), для измерений должны соблюдаться такие факторы как:
1 Это должна быть площадка на поверхности земли с однородными электрическими характеристиками.
2. Площадка должна быть свободной от отражающих предметов в достаточно большой зоне, чтобы ошибки при проведении испытаний были сведены к минимуму.
3. Расстояние D между вертикальной осью, проходящей через центр испытуемой антенны, и вертикальной осью проходящей через центр вспомогательной антенны, должно быть не менее 10λ, а при измерении параметров антенны направленного излучения должно быть соблюдено неравенство
D > 2
/ λГде L – наибольший из линейных размеров испытуемой антенны.
4. В близости от проходящего измерения не должно находиться никаких проводящих предметов, чей размер превышает 15 см.
5. Мы должны исключить все посторонние влияния электромагнитных полей на точность результатов измерений.
Во время произведения измерений все приборы, задействованные в опыте должны питаться от батарей, если же питание приборов осуществляется от сети, тогда для каждого кабеля должны быть обеспеченны соответствующе радиочастотные фильтры. Кабель, соединяющий фильтр и сеть, с которой подается питание, должен быть максимально коротким и экранированным (если он находится на поверхности земли), либо он должен находиться на глубине около 30 см.
Проверка площадки на пригодность осуществляется изменением КСВн антенно-фидерного устройства не более 10% при передвижении антенно-фидерного устройства вместе с объектом, на котором оно находится, по каждому направлению на расстоянии половины длины волны.
Чтобы увеличить точность измерений КУ и диаграммы направленности размещаем антенно-фидерное устройство и вспомогательную антенну по одному из данных способов:
-
У поверхности земли -
Антенна установлена на мачте, а вспомогательная антенна, как можно ближе к земле, при угле порядка 10 °.
Перед началом измерений мы должны выставить антенну на расстоянии 1м от земли, а сама поверхность должна состоять из непроводящего материала.
В качестве вспомогательной антенны, лучше использовать широкополосную антенну.
Проведение измерений
Перед проведением измерений мы устанавливаем АФУ в рабочее положение, радиостанцию с антенной мы размещаем на расстоянии в 3 метра от антенны. Проведение измерений проходит на частотах, которые расположены в середине и по краям диапазона рабочих частот.
Измеряя входное сопротивление проводят панорамным измерителем комплексных коэффициентов передачи и отражения, обеспечивающим непрерывную индикацию измеряемой величины на экране в полосе частот.
Отсчет входного сопротивления на выбранной частоте производят по шкале в виде номограммы полных сопротивлений с помощью частотной метки. В качестве индикатора частоты должен быть использован частотомер. Подключение происходит в следующем порядке 1 - частотомер; 2 - измеритель комплексных коэффициентов передачи и отражения; 3 - испытуемое АФУ.
Измерении коэффициента стоячей волны в диапазоне частот или же на частотах проводятся с использованием авто-измерительных приборов, о которых оговорено в программе испытаний. Измерения КСВн проводятся с помощью панорамных измерителей или с помощью измерителей комплексных сопротивлений со школой КСВН. Подключение происходит в следующем порядке 1 – частотомер, 2 –измеритель КСВн, 3 – испытуемое антенно-фидерное устройство.
Чтобы измерить диаграмму направленности в центре круглого металлического диска, толщина которого должна быть не менее 3 мм, устанавливают несимметричные вибраторные антенны, противовесом которых и служит металлический диск. Диск с антенной нужно установить так, чтобы центр вращения платформы совпадал с центром диска. Антенны, используемые во время остановки или используемые на мачтовых устройствах, устанавливают на непроводящей поворотной платформе в рабочее положение. Для измерения диаграммы направленности подключаем приборы в последовательности 1 - генератор; 2 - аттенюатор; 3 - испытуемое АФУ; 4 - вспомогательная антенна; 5 - измерительный приемник
Так же для проведения измерений вспомогательная антенна и АФУ должны иметь одну и ту же поляризацию излучения. Расстояние между АФУ и вспомогательной антенной определяется формулой
D > 2
