43307
Расчет параметров компенсированной линейной дискретной антенны
Курсовая
Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы
Требуется рассчитать характеристики линейной дискретной антенн а именно: Произвести синтез антенны: определить n и d. Рассчитать КК лепестков антенны; Рассчитать запаздывание которое нужно внести в цепи приема. ВВЕДЕНИЕ Линейными называют антенны два из размеров которых много меньше длины волны.
Русский
2013-11-04
563 KB
23 чел.
Министерство образования и науки Украины
Национальный технический университет Украины
“Киевский политехнический институт”
Кафедра акустики и акустоэлектроники
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине Акустические антенны
тема Расчет параметров компенсированной
линейной дискретной антены
Руководитель Беркута В.Г. Выполнил Сиромолот В.Н.
Допущен к защите студент 5-го курса
“_____”___________ 2005г группы ДГ-12
Защищено с оценкой зачётная книжка
_______________________ № 1220
2005
Содержание
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………... |
4 |
1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АНТЕНЫ…………………………….………… |
7 |
1.1.Определение количества элементов и расстояния между ними……………………… |
7 |
1.2 Расчет углов статического веера………………………………. ………………………... |
10 |
1.3. Коэффициент концентрации………………………………………………………….. …. |
14 |
1.4. Расчет пространственного канала…………… ………………………………………….. |
15 |
1.5 Расчет взаимного сопротивления…….…………………………………………………… |
15 |
1.6 Расчет фаз возбуждения…………………………………………..……………………….. |
16 |
2. РЕЗУЛЬТАТИ РАСЧЕТА…..……………………………………………………………… |
17 |
ВЫВОДЫ ………………………………………………………………………………….. |
23 |
ЗАДАНИЕ
Требуется рассчитать характеристики линейной дискретной антенн, а именно:
Исходные данные:
1. Сектор обзора
2. Рабочая частота
3. Предельная разрешающая способность по углу
4. Скорость распространения
Срок сдачи работы: до 15 декабря 2005 года.
ВВЕДЕНИЕ
Линейными называют антенны, два из размеров которых много меньше длины волны.
Линейные антенны подразделяют на непрерывные и дискретные. На практике, наиболее часто применяют линейные антенны вида отрезка прямой и эквидистантные решетки, а также антенны в виде окружности, дуги, эллипса .
Для решения ряда технических задач, например поиска или обзора пространства, нужны остронаправленные антенны больших размеров и тем больше, чем ниже рабочая частота. Изготовить приемоизлучающую поверхность антенны в виде сплошной поверхности больших линейных размеров трудно технологически, а в некоторых случаях невозможно. Поэтому такие антенны реализуют в виде набора отдельных (дискретных) преобразователей малых волновых размеров, и, следовательно, ненаправленных. С другой стороны , при таком построении антенны можно к отдельным её элементам подводить напряжения с различными амплитудами и фазами(в режиме излучения), т.е. можно получать ХН, не только с разной остротой, но и с различной ориентацией акустической оси, т.е. ориентировать главный максимум в желаемом направлении.
Наибольшее применение находят линейные(плоские) и цилиндрические(дуговые) дискретные антенны.
Антенна состоящая из произвольного числа n элементов, которые одинаково и синфазно колеблются и находятся друг от друга на расстояние d, имеем характеристику направленности описываемую выражением:
(1)
Поскольку, технически механический поворот антенны затруднён, то искусственно поворот осуществляют с таким распределением фазовых распределений. Антенны с таким распределением называют компенсированными. Характеристика
направленности линейной дискретной компенсированной антенны примет вид :
(2)
где - угол компенсации.
Характеристика направленности такого вида обладает следующими свойствами :
Коэффициент концентрации (КК) линейной эквидистатной решетки, состоящей из ненаправленных элементов, может быть определен как:
(3)
1.1. Определение количества элементов и расстояния между ними.
d расстояние между єлементами антенны ;
L длина антенны ;
- сектор обзора ;
- угол компенсации ;
- предельная разрешающая способность по углу.
На рис.1 представлен гипотетический вариант статического веера.
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
Для дальнейшего расчета необходимо определить n и d.
Так как по условию задачи нужно рассчитать параметры статического веера, лепестки которого перекрывают (дополняют) друг друга до уровня ХН равного 0,707.
Выражение для ХН линейной дискретной антенны имеет вид:
(1.5)
где (1.6)
Таким образом, для получим:
(1.7)
где (1.8)
Чтобы избежать появления второго единичного максимума в ХН антенны необходимо, чтобы:
(1.9)
что аналогично (1.10)
где ,
Подставим граничное в выражение для ХН , получим:
(1.11)
где (1.12)
Для определения количества элементов антенны решаем уравнение (1.11) графически.
рис.2.
С рис.2 видно, что n=20.
Зная количество элементов антенны найдём kd, из выражения для ХН на уровне 0,707:
(1.13)
где (1.14)
Решаем уравнение (1.13) графически.
С рис.3. видим, что kd = 2.97.А расстояние между элементами антенны найдём с выражения:
(1.15)
где с скорость распространения ; - рабочая частота.
(м)
рис.3.
Подставим значения n и d в выражение (1.10) получим:
Условия для избежания появления второго единичного максимума в ХН антенны выполняется.
Длина антенны определяется выражением:
(1.16)
L = 2.698 (м).
1.2 Расчет углов статического веера
1. Нулевой лепесток:
Для нулевого лепестка .
Острота направленности действия оценивается углом :
(1.17)
, а
Согласно условию задачи
Расчет угла компенсации 1-го лепестка проводиться из выражения характеристики направленности на уровне 0,707:
(1.18)
где
рис.4.
Из пресечения графика (рис.4.) находим , что :
Находим :
(1.19)
Острота направленного действия:
ХН на уровне 0,707:
(1.20)
Из рис.3. находим:
Находим :
Острота направленного действия:
ХН на уровне 0,707:
(1.21)
Из рис.3. находим:
Находим :
Острота направленного действия:
5. Четвертый лепесток :
Аналогично предыдущим выкладкам находим :
Острота направленного действия:
6. Пятый лепесток:
Аналогично предыдущим выкладкам находим :
Острота направленного действия:
7. Шестой лепесток:
Аналогично предыдущим выкладкам находим :
Острота направленного действия:
8. Седьмой лепесток:
Аналогично предыдущим выкладкам находим :
Острота направленного действия:
9. Восьмой лепесток:
Аналогично предыдущим выкладкам находим :
Острота направленного действия:
Таким образом так как :
что свидетельствует об окончании расчета параметров лепестков.
Таким образом, число лепестков вира составляет і = 10, включая нулевой и крайний.
1.3. Коэффициент концентрации
Коэффициент концентрации линейной дискретной антенны определяеться выражением :
(1.22)
Согласно этому выражению рассчитаем КК для всех .
Для получим :
Таблица 1. Зависимость КК от :
К |
|||
0 |
0 |
0,54837 |
18,96028 |
5,328 |
0,0928 |
0,54839 |
18,96024 |
10,7632 |
0,18675 |
0,5482 |
18,96059 |
16,2632 |
0,28005 |
0,54739 |
18,96204 |
21,8544 |
0,37225 |
0,54516 |
18,96604 |
27,7070 |
0,46495 |
0,54024 |
18,97489 |
33,8727 |
0,55735 |
0,53102 |
18,99151 |
40,4926 |
0,64935 |
0,51485 |
19,02072 |
47,7953 |
0,74075 |
0,48622 |
19,07264 |
55 |
0,81915 |
0,45347 |
19,1324 |
1.4. Расчет пространственного канала
Для крайнего лепестка рассчитаем время задержки и разность хода , которые определяются :
(1.23)
(1.24)
где . Тогда :
i |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|||
2.21 |
2.094 |
1.977 |
1.861 |
1.745 |
1.628 |
1.512 |
1.396 |
1.28 |
1.163 |
||||
1.473 |
1.396 |
1.318 |
1.241 |
1.163 |
1.086 |
1.008 |
0.9306 |
0.853 |
0.7755 |
||||
i |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|||
1.047 |
0.931 |
0.814 |
0.698 |
0.582 |
0.465 |
0.349 |
0.233 |
0.116 |
0 |
||||
0.6979 |
0.6204 |
0.5428 |
0.465 |
0.388 |
0.310 |
0.233 |
0.155 |
0.077 |
0 |
1.5 Расчет взаимного сопротивления
Взаимное сопротивление излучения 0-го лепестка определяется по формуле:
(1.25)
1.6 Расчет фаз возбуждения
Для крайнего лепестка в режиме излучения фазы возбуждения определяются по формуле:
(1.26)
i |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
28,651 |
27,143 |
25,635 |
24,127 |
22,62 |
21,112 |
19,604 |
18,096 |
16,588 |
15,08 |
|||
i |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
||
13,572 |
12,064 |
10,556 |
9,048 |
7,54 |
6,032 |
4,524 |
3,016 |
1,508 |
0 |
2. РЕЗУЛЬТАТИ РАСЧЕТА
В результате расчета компенсированной линейной дискретной антенны с равноамплитудным распределением получено:
1. Число элементов антенны n=20 ;
2. Расстояние между элементами d=0.142 (м) ;
3. Число лепестков в статическом веере i=10 , с учетом 0-го лепестка.
Лепестки имеют параметры:
i |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
5.3552 |
10.7632 |
16.2632 |
21.7168 |
27.7070 |
33.8727 |
40.4926 |
47.7953 |
55 |
|
-2.664 |
2.664 |
7.992 |
13.5344 |
18.992 |
24.7168 |
30.6972 |
37.0482 |
43.937 |
50 |
|
2.664 |
7.992 |
13.5344 |
18.992 |
24.7168 |
30.6972 |
37.0482 |
43.937 |
51.6536 |
40 |
|
5.328 |
5.328 |
5.5424 |
5.4576 |
5.7248 |
5.9804 |
6.351 |
6.8888 |
7.7166 |
10 |
Таким образом, результаты расчета подтверждают, что с ростом угла компенсации расширяется эффективная ширина основного лепестка.
Статический вир состоящий из 19 лепестков позволяет в заданном секторе обзора осуществлять приём с разрешающей способностью минимальной , максимальной - .
4. Коэффициент концентрации для всех лепестков:
0 |
5.3552 |
10.7676 |
16.2665 |
21.9099 |
27.7695 |
33.9414 |
40.5664 |
47.8745 |
55 |
|
К |
18,96028 |
18,96024 |
18,96059 |
18,96204 |
18,96604 |
18,97489 |
18,99151 |
19,02072 |
19,07264 |
19,1324 |
Таким образом, с увеличением угла компенсации коэффициента концентрации антенны увеличивается, что объясняется расширением эффективной ширины основного лепестка.
Рис.5.
Рис.5. зависимость коэффициента концентрации от номера лепестка.
5. Время задержек для крайнего лепестка :
i |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||
1.473 |
1.396 |
1.318 |
1.241 |
1.163 |
1.086 |
1.008 |
0.9306 |
0.853 |
||||
i |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
|||
0.6979 |
0.6204 |
0.5428 |
0.465 |
0.388 |
0.310 |
0.233 |
0.155 |
0.077 |
Таким образом, последний элемент антенны отстает во времени от 1-го на 1,473 мс.
6. Разность хода для крайнего лепестка:
i |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|||
2.21 |
2.094 |
1.977 |
1.861 |
1.745 |
1.628 |
1.512 |
1.396 |
1.28 |
1.163 |
||||
i |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
||||
1.047 |
0.931 |
0.814 |
0.698 |
0.582 |
0.465 |
0.349 |
0.233 |
0.116 |
Разность хода между 1-м и последним элементом составляет 2,21 м.
7. Взаимное сопротивление излучения 0-го лепестка :
8. Фазы возбуждения крайнего лепестка :
i |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
28,651 |
27,143 |
25,635 |
24,127 |
22,62 |
21,112 |
19,604 |
18,096 |
16,588 |
15,08 |
|||
i |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
|||
13,572 |
12,064 |
10,556 |
9,048 |
7,54 |
6,032 |
4,524 |
3,016 |
1,508 |
Максимальный сдвиг фаз между 1-м и последним элементом антенны составляет
9. Характеристика направленности 0-го и крайнего лепестков антенны (см. рис.6.).
Как видно из приведенных графиков, при введении расширяется ширина основного лепестка и сдвигаются основные лепестки ХН. Поскольку основные лепестки не перекрылись, то характер ХН не превратился в конический и не является воронкообразным.
Характеристика направленности антенны:
ХН антенны компенсированной на угол :
ХН 0-го лепестка :
Расчет компенсированной линейной дискретной антенны с равномерным амплитудным распределением показал, что для того чтобы в режиме приема статическим веером на заданной частоте , в заданном секторе осуществить прием с разрешающей способностью (максимальной) необходимо:
1. Построить антенну с числом элементов n=20 и расстоянием между соседними элементами d=0.142. При этом длина антенны составляет 2.698 м. Число лепестков веера составляет 19 во всем секторе обзора.
2. Максимальный коэффициент концентрации будет у крайнего лепестка, а минимальный у нулевого.
3. Характеристика направленности 0-го и крайнего лепестков будут отличатся шириной основного лепестка , а также его расположением на оси
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
38210. | Основные категории регионального управления | 72.5 KB | |
Регион — территориальное образование на едином экономическом поле, выполняющее посредническую роль между макро- и микроэкономикой, обеспечивая оптимальное функционирование всех систем: экономических, социальных, политических, национальных в любой части пространства и тем самым в целом на определенной территории. | |||
38211. | Информационное обеспечение регионального управления | 93.5 KB | |
Научный подход - это стратегия исследования. От того, насколько обоснована с научных позиций региональная политика, зависит успех в социально-экономическом развитии региона. И, наоборот, игнорирование процесса познания, опора только на интуицию чреваты самыми отрицательными последствиями во всех сферах жизни людей, общества. | |||
38212. | ИНФОРМАЦИОННЫЙ РЫНОК И ОСОБЕННОСТИ ЕГО РАЗВИТИЯ В УКРАИНЕ | 86.5 KB | |
Информация сегодня важнейший ресурс и источник, обеспечивающий эффективное функционирование государства, межгосударственных отношений, различных регионов. Без развития информационной деятельности невозможен экономический рост и технический прогресс. | |||
38213. | Бурение с применением гибких труб | 22.39 KB | |
В настоящее время объёмы бурения им незначительны по причине высокой стоимости сложной эксплуатации.85 В отличие от других с поверхности можно задавать частоту оборотов то есть легче регулируются параметры бурения. Достоинства и недостатки роторного и турбинного бурения. Недостатки: Малая скорость механического бурения в пластичных и малоабразивных породах. | |||
38214. | Форматирование гибких и жестких дисков. Создание системных дисков | 253.7 KB | |
После перезагрузки форматируем диски в командном интерфейсе MS DOS утилитой FROMAT, для этого выполняем команду FORMAT C, на вопрос отвечаем положительно. С форматированием раздела D возникли проблемы т.к. | |||
38215. | Информационные основы управления природно-ресурсным потенциалом региона (ПРП) | 142.5 KB | |
На всех этапах развития производство материальных благ является процессом взаимодействия людей и природы. Дальнейшее развитие продуктивных сил неизбежно связанное с включением в хозяйственное обращение все большего количества естественных ресурсов и увеличением нагрузки на окружающую среду. | |||
38217. | Робота з повідомленнями Windows | 49 KB | |
Повідомлення - це певне повідомлення про настання деякої події в системі. Кожна подія (рух „миші”, натиснення клавіші на клавіатурі, зміна розмірів вікна, тощо) заставляє ОС генерувати відповідне повідомлення і відправляти їх додаткам. Будь-яке повідомлення представляє собою певний запис, що передається додатку | |||
38218. | Робота з системними пастками Windows | 42.5 KB | |
Системна пастка (анг. Hook - пастка) – це певна функція, за допомогою якої можна перехоплювати усі повідомлення та події, що виникли в системі. За допомогою пасток можна отримувати повний контроль над тим, що відбувається в системі. | |||