21015
РАСЧЕТ Параметров антенн. Расчет характеристик и параметров антенн
Лабораторная работа
Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
Общие сведения Реальные антенны излучают в окружающее пространство в различных направлениях неодинаково. Зависимость напряженности поля излучаемого антенной измеренная на достаточно большом но одинаковом расстоянии от антенны от углов наблюдения D и j называется характеристикой направленности. Коэффициент направленного действия показывает во сколько раз необходимо увеличить мощность излучения при замене направленной антенны ненаправленной для сохранения прежней напряженности поля в точке приема. Эффективной или действующей площадью Sэфф...
Русский
2013-08-02
99.5 KB
68 чел.
1.Общие сведения
Реальные антенны излучают в окружающее пространство в различных направлениях неодинаково. Зависимость напряженности поля, излучаемого антенной, измеренная на достаточно большом, но одинаковом расстоянии от антенны, от углов наблюдения D и j, называется характеристикой направленности. Графическое представление этой характеристики называют диаграммой направленности. Диаграммы направленности строят нормированными, для которых максимальное значение F(D;j)max= 1.
Коэффициентом защитного действия kзащ называют отношение квадрата напряженности поля, созданного антенной в главном направлении, к квадрату поля в направлении, противоположном главному.
В относительных единицах:
Kзащ = E20 / E2180 = F2(00) / F2(1800) (1)
в децибелах:
Kзащ = 20 lg [F2(00) / F2(1800)]. (2)
На основании принципа взаимности параметры антенн в режиме приема и передачи имеют одинаковые значения.
Коэффициентом направленного действия (КНД) D в данном направлении называют отношение квадрата напряженности поля, созданного антенной в данном (обычно главном) направлении, к среднему (по всем направлениям) значению квадрата напряженности поля. Коэффициент направленного действия показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность излучения при замене направленной антенны ненаправленной для сохранения прежней напряженности поля в точке приема.
Эффективной или действующей площадью Sэфф приемной антенны называют эквивалентную площадь, с которой полностью поглощается энергия волны, отдаваемая в согласованную нагрузку. Эффективная площадь антенны связана с ее физической площадью раскрыва S коэффициентом использования поверхности раскрыва (КИП) v:
v = Sэфф/S (3)
Если в раскрыве поверхности поле синфазно и имеет равные амплитуды, то v=1. Для антенн с прямоугольным раскрывом, когда амплитуды поля вдоль одной из сторон раскрыва постоянны, а вдоль другой изменяются по закону Ex = E0 sin (px/L), v = 0,8. При наличии фазовых искажений в раскрыве КИП уменьшается.
Действующей длинной приемной антенны называют коэффициент пропорциональности между максимальной ЭДС, наведенной в антенне Эа, и напряженностью поля в точке приема E:
Эа = LдЕ (4)
Сопротивлением излучения антенны RS называют коэффициент пропорциональности, связывающий мощность излучения с квадратом тока в антенне:
RS = РS/I2а.эфф (5)
Величина тока вдоль реальных антенн изменяется, поэтому сопротивление излучения относят либо к току на входе антенны RSа, либо к току в пучности RSп. Между собой эти сопротивления связанны уравнением
RSа = RSп/sin2kаL (6)
где ka волновое число для антенны;
L длина плеча антенны.
Коэффициентом полезного действия передающей антенны hа называют отношение излучаемой мощности PS к подводимой Pа.
Коэффициентом усиления передающей антенны G называют отношение квадрата напряженности поля, созданного антенной в данном (обычно главном) направлении, к квадрату напряженности поля, созданного эталонной антенной при равенстве подводимых мощностей. Коэффициент усиления (КУ) показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность, подводимую к эталонной антенне, по сравнению с мощностью, подводимой к данной антенне для сохранения прежней напряженности поля в точке приема.
Волновым сопротивлением антенны W, как и длинной линии, называют отношение напряжения к току бегущей (падающей) волны.
Шумовая температура антенны без потерь Та0 эта температура, до которой следовало бы нагреть сопротивление, равное активной составляющей нагрузки антенны, чтобы в нем не выделилась мощность шумов, равная мощности шумов внешних источников.
Параметры антенн между собой связаны соотношениями:
D = 120 F2(D;j)max / RS (7)
здесь F(D;j)max максимальное значение ненормированной характеристики направленности:
D = 4pSэфф / l2; (8)
D[Дб] = 10 lg D; (9)
Sэфф = Dl2/4p; (10)
Sэфф = 30pL2д/RS; (11)
(12)
(13)
hа = RS / (RS + Rп) (14)
Коэффициент усиления антенн в различных частотных диапазонах определяют относительно различных эталонных антенн. В диапазонах гектометровых и километровых волн коэффициент усиления определяют относительно короткой по сравнению с длинной волны несимметричной антенны, расположенной непосредственно над идеально проводящей землей, для Dэ=1,5. В этом случае
G = Dhа/1.5 (15)
В диапазонах метровых и декаметровых волн КУ определяют относительно симметричного полуволнового вибратора:
G = Dhа/1.64 (16)
В диапазоне СВЧ коэффициент усиления определяют относительно ненаправленного излучателя:
G = Dhа (17)
Коэффициент усиления часто выражают в децибелах:
G [Дб] = 10 lg G (18)
Волновое сопротивление линии и антенны, Ом,
W= (19)
где L1 и C1 соответственно погонные индуктивность, Г/м, и емкость, Ф/м;
W = 3333/C1 (20)
Здесь С1 погонная емкость, пФ/м (1 пФ = 10-12 Ф).
Шумовая температура антенны с учетом КПД фидера и антенны
Та = [Т0аhа+Т(1-hа)]hф+Т(1-hф) (21)
Здесь Т температура среды, окружающей антенну и фидер, в градусах К; Та0 шумовая температура антенны без потерь, в градусах К.
Приближенно КНД можно определить по ширине диаграммы направленности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.
D @ 33 000 / j00,5 D00,5 (22)
где j00,5 и D00,5 ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности (0,707 по полю) соответственно в Е - и Н- плоскостях, выраженных в градусах.
Пример 1. Антенна имеет сопротивление излучения 515 Ом, ненормированное значение множителя характеристики направленности 13,5. Определить КНД антенны.
Решение. Используя (7), имеем D = 120 F2(D;j)max / RS = 120*13.52/515 = 42.5.
Пример 2. Антенна на частоте 11.5 МГц имеет эффективную площадь 890 м2. Определить КНД антенны.
Решение.
Длина волны l = с / f = 3*108/11.5*106 = 26 м.
Коэффициент направленного действия (8)
D = 4pS / l2 = 4*3.14*890/262 = 165.
Пример 3. Симметричный волновой вибратор (l = 0.5l) имеет сопротивление излучения 200 Ом, D = 2.4. Определить действующую длину антенны при работе на волне 20 м.
Lд=(20/3,14)=12,7м
Пример 4. Входное сопротивление антенны 20 - i 75 Ом, сопротивление потерь 3
Ом. Определить КПД антенны.
hа = RS / (RS + Rп) = 20/(20+3) = 0.87.
Пример 5. Шумовая температура антенны без потерь 20 К, hа = 0.95, hа = 0.85. Определить шумовую температуру антенны с учетом потерь при температуре окружающей среды 270 С.
Т = 27+273 = 300 К.
Шумовая температура антенны с учетом потерь (6.21)
Та = [Т0аhа+Т(1-hа)]hф+Т(1-hф) = [20*0.95+300(1-0.95)]0.85+300(1-0.85) = 74 К.
Пример 6. Двухпроводная линия имеет погонную индуктивность 16.66 нГ/м и погонную емкость 6.66 пФ/м. Определить волновое сопротивление линии.
Пример 7. Погонная емкость антенны 7.4. пФ/м. Определить волновое сопротивление антенны.
Решение.
Используя (20), имеем
W = 3333/C1 = 3333/7.4 = 450 Ом.
2. Варианты индивидуальных заданий
ЗАДАНИЕ 1:
Из трех параметров антенны: сопротивление излучения R, значение ненормированной характеристики направленности F и КНД известны два. Определить третий параметр.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
R,Ом |
520 |
1120 |
х |
2200 |
4360 |
500 |
1000 |
х |
4000 |
490 |
F( ) |
12,3 |
23,5 |
47 |
х |
х |
11,2 |
21,3 |
50 |
х |
14 |
D |
х |
х |
116 |
156 |
310 |
х |
х |
120 |
300 |
х |
ЗАДАНИЕ 2:
Определить эффективную площадь антенны по заданным частоте и КНД.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
f, МГц |
16,66 |
13,63 |
3785 |
6000 |
8000 |
15,1 |
12,47 |
4500 |
7000 |
5731 |
D, дБ |
18,46 |
20 |
40 |
43,53 |
45,55 |
18,3 |
21 |
42 |
41 |
42 |
ЗАДАНИЕ 3:
Известны: эффективная площадь антенны и сопротивление излучения. Определить действующую длину антенны.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Sэфф, м2 |
900 |
1800 |
3600 |
900 |
7200 |
10800 |
950 |
990 |
1500 |
4000 |
R, Ом |
514 |
1117 |
2300 |
518 |
4400 |
6700 |
520 |
550 |
1200 |
2500 |
ЗАДАНИЕ 4:
Известны: входное сопротивление и сопротивление потерь, отнесенное к входу антенны. Определить КПД антенны.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
Za, Ом |
12-i20 |
90+i40 |
43-i20 |
10-i90 |
75+i60 |
11-i20 |
80+i42 |
82+i30 |
Rп, Ом |
2,5 |
5 |
5 |
11,1 |
6,5 |
2 |
5,1 |
6,5 |
ЗАДАНИЕ 5:
Известны: шумовая температура антенны без потерь Т0а, КПД антенны и волновода (фидера), температура среды, окружающей антенну и волновод. Определить шумовую температуру антенны с учетом потерь.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
Т0а, К |
25 |
25 |
35 |
30 |
40 |
30 |
22 |
24 |
33 |
39 |
КПДа |
0,9 |
0,95 |
0,85 |
0,9 |
0,85 |
0,95 |
0,9 |
0,95 |
0,97 |
0,85 |
КПДф |
0,8 |
0,8 |
0,75 |
0,8 |
0,8 |
0,76 |
0,85 |
0,85 |
0,86 |
0,85 |
Т0, С |
27 |
30 |
0 |
22 |
25 |
30 |
45 |
0 |
27 |
30 |
ЗАДАНИЕ 6:
Антенна имеет площадь раскрыва 7,5м, известны частота и эффективная площадь. Определить КИП и КНД антенны.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
f, ГГц |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
4,1 |
5,1 |
6,2 |
Sэфф, м2 |
5 |
4,75 |
4,5 |
4,25 |
4 |
3,75 |
3,5 |
5,2 |
6 |
5,1 |
ЗАДАНИЕ 7:
Определить волновое сопротивление антенны по заданной величине погонной емкости.
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
С, пФ/м |
15 |
12 |
10 |
7 |
8 |
9 |
5 |
44,5 |
4 |
6 |
Содержание отчета:
1. Цель занятия.
2. Основные соотношения.
3. Выполнение индивидуальных заданий.
4. Выводы по результатам выполнения индивидуальных заданий.
Контрольные вопросы
1. Основные характеристики и параметры антенн.
2. Вывод формулы расчета поля симметричного вибратора.
3. В чем сущность принципа обратимости антенн?
4. В чем сходство и различие в определении КНД и КУ?
5. В чем сходство и различие в определении Wв и Zа?
6. Дайте определение эффективной площади антенны.
7. Чем определяется действующая длина приемной и передающей антенн?
8. Дайте определение сопротивления излучения антенн.
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
79514. | Предмет школьной психологической службы | 31.55 KB | |
Существует много разных определений предмета школьной психологической службы но единого общепризнанного нет. Только единство этих 4х аспектов и составляет предмет школьной психологической службы. Научный аспект предполагает разработку методологических проблем школьной психологической службы. | |||
79515. | Возрастная психология как теоретическая основа курса | 26.48 KB | |
Мы понимаем школьную психологическую службу как интегральное образование и рассматриваем ее в трех аспектах: как одно из направлений педагогической и возрастной психологии а именно ее теоретикоприкладное направление изучающее закономерности психического развития и формирования личности школьника с целью разработки способов средств и методов профессионального применения психологических знаний в условиях современной школы научный аспект; как психологическое обеспечение всего процесса обучения и воспитания включая составление учебных... | |||
79516. | Цель психологической службы образования | 29.04 KB | |
Ориентация на развитие ребенка определяет основные задачи психологической службы образования: Реализация в работе с детьми возможностей резервов развития ребенка каждого возраста; Развитие индивидуальных особенностей детей интересов способностей склонностей чувств отношений увлечений жизненных планов; Создание благоприятного для развития ребенка психологического климата который определяется одной стороныорганизацией продуктивного общения детей со взрослыми и сверстниками с другой созданием для каждого ребенка на всех этапах... | |||
79517. | Становление психологической службы в системе образования в России | 35.21 KB | |
С начала 1980х годов происходит интенсивное становление психологической службы в системе образования что было обусловлено потребностью общества бурным социальным развитием повышением требований к творческому и нравственному потенциалу личности. Начало развития школьной психологической службы связано с именами таких ученых как А. Основные вехи становления психологической службы образования в России Дата Мероприятия Основные проблемы 1983 Круглый стол журнала Вопросы психологии Анализ результатов экспериментальных попыток создания... | |||
79518. | Главные направления и цели деятельности школьной психологической службы | 32.56 KB | |
Психопрофилактика предполагает: Ответственность за соблюдение в образовательных учреждениях психологических условий необходимых для полноценного психического развития и формирования личности на каждом возрастном этапе: Своевременное выявление таких особенностей ребенка которые могут привести к определенным сложностям отклонениям в интеллектуальном и эмоциональном развитии в поведении и отношениях; Предупреждение возможных осложнений в связи с переходом на следующую возрастную ступень.Психодиагностика это изучение особенностей... | |||
79519. | Основные принципы деятельности педагога-психолога | 29.62 KB | |
Принцип индивидуального подхода к учащемуся основной принцип работы практического психолога в его основе лежат понимание и признание индивидуальности человека как ценности как уникального явления. Принцип целостности предполагает что деятельность психолога и психологической службы образовательного учреждения должна быть ориентирована на целое на систему. Это означает что внимнием психолога должно быть охвачено большинство учащихся. | |||
79520. | Этические принципы деятельности психолога | 31.11 KB | |
Укрепление авторитета психологической службы образования среди обучающихся воспитанников родителей и педагогической общественности. Принцип квалификационной пропаганды психологии.Информация полученная психологом в процессе проведения работы не подлежит сознательному или случайному разглашению а в ситуации необходимости передачи ее третьим лицам должна быть представлена в форме исключающей ее использование против интересов клиента. | |||
79521. | Психологическая служба как отрасль прикладной психологии. Роль психологической службы в образовании | 31.88 KB | |
Государственная ПСО структура призванная в рамках общей концепции соблюдения прав ребенка на достойный уровень жизни и полноценное психическое развитие обеспечить психологическую поддержку воспитания и образования оказать квалифицированную помощь при наличии проблем и отклонений в развитии ребенка Развитие практической психологии в 1990 гг. в значительной степени обусловило гуманизацию системы образования что способствовало постановке и решению следующих задач: Переход от унифицированного образования к вариативному; Переход от... | |||
79522. | Концепция школьной психологической службы Л.М. Фридмана | 31.7 KB | |
Фридмана цели школьной психологической службы должны соответствовать главной цели школы на современном этапе воспитание каждого ученика образованной культурной высоконравственной творчески активной и социально зрелой личностью. Поэтому главной целью школьной психологической службы является научное психологическое обеспечение учебновоспитательного процесса в школе т. Утверждается что главная функция психологической службы образования профессиональная забота о психологическом здоровье детей. | |||