Антенно-фидерные устройства. АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА РТ. Антеннофидерные устройства
 Скачать 7.65 Mb.
|
|
3.6. Основы расчета характеристики элементов конструкций антенн. Основы расчета характеристики элементов конструкций антенн различных диапазонов представлены в приложении. Вопросы для самопроверки 1. Что такое характеристика направленного действия антенны Каким параметром она характеризуется 2. Чем отличается поляризационная характеристика от характеристики направленного действия 3. Какая зависимость существует между сопротивлением и мощностью излучения 4. Как определяется площадь поверхности раскрыва антенны 5. Как изменяется КПД антенн в зависимости от диапазона волн 6. Как распределяется ток по симметричному вибратору 7. Какие параметры и характеристики имеет симметричный вибратор 8. Каким образом осуществляется питание симметричного вибратора 174 9. В чем основное отличие несимметричного вибратора от симметричного 10. Какие параметры имеет симметричный вибратор 11. Каким образом осуществляется питание антенн ДВ? 12. Какие способы конструкции применяются в антеннах ДВ? 13. Какими характеристиками обладают антенны ДВ? 14. Какие особенности имеют антенны КВ диапазона 15. Что такое диполь Наденко? Из каких элементов он состоит Какими свойствами обладает 16. В чем заключается отличие ромбических антенн от логопериодических 17. Из каких элементов состоит антенна бегущей волны?Какие направленные свойства имеет антенна По каким формулам рассчитывается ДН антенны бегущей волны 18. Какая антенна называется синфазной 19. Из каких элементов состоит синфазная антенна 20. Чем отличается апериодический рефлектор от настраиваемого 21. Какими параметрами характеризуется синфазная антенна 22. Чем отличаются вибраторные антенны УКВ от вибраторных антенн КВ 23. Для чего применяется симметрируюшее устройство 24. Какую конструкцию имеет антенна типа волновой канал Какой у нее принцип работы 25. Какие антенны используются в качестве антенн земных станций ССС? 26. В каком диапазоне применяются спиральные антенны 27. Из каких элементов состоит спиральная антенна 28. Каким образом излучает спиральная антенна 29. Что такое диэлектрическая антенна 30. Какой принцип работы имеет диэлектрическая антенна 31. Из каких элементов состоит зеркальная антенна Какие разновидности конструкций имеет антенна 32. Какими направленными свойствами обладает зеркальная антенна 33. Что такое параболоид вращения Какие функции он выполняет 175 ПРИЛОЖЕНИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ для специальности - 210308 Техническое облуживание и ремонт радиоэлектронной техники. по дисциплине «Антенно-фидерные устройства 176 Перечень практических работ. 1) Практическая работа №1 Расчет конструкций фидерного трансформатора и его характеристик. 2) Практическая работа №2 Расчет элементов конструкций и ДН одновибраторных антенн. 3) Практическая работа №3 Расчет элементов конструкций и ДН спиральных антенн. 4) Практическая работа №4 Расчет элементов конструкции и ДН рупорных антенн. 5) Практическая работа №5 Расчет элементов конструкций и ДН антенн декаметровых волн. 6) Практическая работа №6 Расчет элементов конструкций и ДН антенн гектометровых и километровых волн. 177 Практическая работа №1 Расчет конструкций фидерного трансформатора и его характеристик Цель работы 1) Рассчитать параметры фидерного трансформатора. 2) Определить тип рассчитанного фидера. Пояснения к работе Перед тем как приступить к выполнению практической работы Студент должен знать определение и назначение фидерных трансформаторов; элементы конструкций фидерного трансформатора; основные параметры фидерных трансформаторов; режимы работы волноводов; методику расчета фидерных трансформаторов. Студент должен уметь рассчитывать параметры фидерных трансформаторов пояснить процессы проходящие в волноводах выбирать тип волновода и рассчитывать его параметры по заданным характеристикам. Краткие теоретические сведения Фидером называют линию, соединяющую антенну с приемником или передатчиком. Модуль коэффициента отражения р, волновое сопротивление фидера фи сопротивление нагрузки Z н =R н +iX н связаны между собой уравнением Коэффициент бегущей волны в фидере Максимальное эффективное значение напряжения на фидере Максимальное эффективное значение тока в фидере Коэффициент затухания фидера 178 где R 1 — сопротивление потерь на единицу длины, Ом/м. Коэффициент полезного действия согласованного фидера (при К бв =1, р) В фидерах с малым затуханием, когда 2αL≤0.25 можно пользоваться приближенной формулой, дающей погрешность менее 5%, полагая Здесь L — длина фидерам. При неполном согласовании коэффициент полезного действия фидера уменьшается и определяется по кривым рис. 1.1 или по формуле Рисунок 1.1. Зависимость КПД фидера от КБВ в нем. СИММЕТРИЧНЫЕ ФИДЕРЫ Волновое сопротивление симметричного двухпроводного фидера (риса. Рисунок 1.2. Сечение симметричных фидеров 179 а – двухпроводного б – четырехпроводного; в – четырехпроводного перекрещенного. Волновое сопротивление четырехпроводного фидера (рис. б Здесь D 1 - расстояние между разнополярными проводами D 2 — расстояние между однополярными проводами. Сопротивление потерь на единице длины двухпроводного фиlера, Ом/м, выполненного из медных или биметаллических проводов четырехпроводного: где d в мм в м. Максимальная напряженность поля у поверхности проводника при напряжении U между проводами двухпроводного фидера В приемных и мощных передающих антеннах с целью уменьшения антенного эффекта фидера применяют перекрещенные фидеры. Волновое сопротивление четырехпроводного перекрещенного фидера (рис. в, Ом : НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ФИДЕРЫ Волновое сопротивление коаксиального фидера (риса) где а — коэффициент заполнения фидера диэлектриком ε — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Рисунок 1.3. Сечения коаксиальных фидеров а – трубчатого б – многопроводного. Длина волны в коаксиальном фидере 180 Коэффициент укорочения волны в коаксиальном фидере Сопротивление потерь в меди на единицу длины, Ом/м, Здесь размерности величин D, мм d, мм λ, м. Критическая длина волны, короче которой энергию по коаксиальному фидеру передавать нельзя где l— расстояние между диэлектрическими шайбами. Напряженность электрического поляна поверхности внутреннего проводника коаксиального фидера Волновое сопротивление многопроводного фидера где Здесь число внешних проводов диаметр внешних проводов D — диаметр образующей расположения внешних проводов n 2 — число внутренних проводов d 2 — диаметр внутренних проводов d — диаметр образующей расположения внутренних проводов. Сопротивление потерь в проводниках на единицу длины, Ом/м, многопроводного фидера, выполненного из меди или биметалла (рис. в где размерности величин таковы и d 2 , мм λ, м. ПРЯМОУГОЛЬНЫЕ ВОЛНОВОДЫ В волноводах с прямоугольным сечением основным типом является волна Н. Волны длиннее критической в волноводе не распространяются. Критическая длина волны Н 10 в прямоугольном волноводе где а – внутренний размер широкой стенки волновода. Длина волны Н 10 в волноводе прямоугольного сечения где λ — длина волны в свободном пространстве. Для распространения в волноводе только волны Н 10 внутреннее сечение прямоугольного волновода выбирают из условий 181 где b — внутренний размер узкой стенки волновода. Сечения волноводов рекомендуется выбирать в соответствии с таблицей 1.1. Таблица 1.1 Рекомендуемые размеры внутренних сечений прямоугольных волноводов и максимальные затухания в них на частоте 1.5f кр Затухание α, дБ/м, волны Н 10 в прямоугольном волноводе где σ— проводимость материала стенок волновода, См/м (табл. 1.2); a и — внутренние размеры сечения волноводам. Таблица 1.2 Проводимость некоторых материалов при постоянном токе КРУГЛЫЕ ВОЛНОВОДЫ Основным типом для волноводов круглого сечения является волна Н. Для распространения в волноводе только волны Н 11 внутренний диаметр волновода должен удовлетворять условию Затухание волны Н 11 в круглом волноводе, м 182 где r — внутренний радиус волноводам. Для уменьшения затухания диаметры круглых волноводов берут большим, чем это определяется уравнением. Например, волноводы диаметром 70 мм рекомендуется применять на частотах 6 ГГц и выше. В этом случаев волноводе могут возникнуть волны высших порядков, которые необходимо подавлять. ФИДЕРНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Для согласования волнового сопротивления фидера ф с активной нагрузкой н используют отрезки линий, равные четверти длины волны в трансформаторе, с волновым сопротивлением Более широкополосным является двухступенчатый трансформатор. Волновые сопротивления его ступеней определяются уравнениями Для расширения полосы рабочих частот между высокоомным входом и трансформатором последовательно включают разомкнутый шлейф (рис. 1.4) с волновым сопротивлением и параллельно низкоомному входу подключают короткозамкнутый шлейф с волновым сопротивлением При расчете экспоненциального трансформатора по допустимому ухудшению КБВ определяют параметр А Рисунок 1.4. Четвертьволновый трансформатор с реактивными элементами, расширяющими полосу пропускания. 183 Необходимая длина экспоненциального трансформатора Волновые сопротивления сечений трансформатора, отстоящих на расстояниях хот нагрузки до рассматриваемого сечения, При выполнении трансформаторов из отрезков коаксиальных кабелей необходимо учитывать коэффициент укорочения волны в них где W — волновое сопротивление кабеля, Ом С погонная емкость кабеля, пФ/м. Варианты задания для практической работы №1. Вариант 1 1. Заданы волновое сопротивление фидера Ом, коэффициент бегущей волны в нем КБВ=0.85, подводимая мощность Р=250кВт. Определить эффективное значение напряжения в максимуме на фидере. 2. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр двухпроводного симметричного фидера мм, и его длинам. Определить КПД согласованного фидера, выполненного из медных проводов. 3. Заданы диаметры внешнего мм и внутреннего мм медных проводников коаксиального фидера, толщина диэлектрических шайб мм, относительная диэлектрическая проницаемость ε`=5 и расстояние между соседними шайбами мм. Определить волновое сопротивление и критическую длину волны коаксиального фидера. 4. Выбрать сечение прямоугольного волновода для работы волной Н 10 в заданном диапазоне частот f ГГц, f ГГц. 5. Четырехпроводный перекрещенный фидер выполнен из медных проводов диаметром мм и расстоянием между проводами мм. Определить КПД согласованного фидера, если известны длина фидера мм, частота МГц. Вариант 2 1. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм и длина четырехпроводного симметричного фидера мм. Определить КПД фидера, выполненного из медных проводов. 2. Заданы относительная диэлектрическая проницаемость ε`=2.1, внешний мм и внутренний диаметры мм проводников коаксиального кабеля. Определить волновое сопротивление, если коэффициент заполнения а. 3. Заданы частота ГГц, сечение волновода мм. Волновод выполнен из меди и имеет прямоугольное сечение. Определить затухание при работе волной Н. Для четырехпроводного фидера (рис. б) известны волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм, расстояние между проводами мм, частота МГц. Определить расстояние между однополярными проводами и погонное (нам длины) затухание. 5. Заданы волновое сопротивление коаксиального фидера Ом, коэффициент укорочения волны ξ=1.05, диаметр внутреннего проводника мм. Определить диаметр внешнего проводника. 184 Вариант 3 1. Заданы волновое сопротивление фидера Ом, коэффициент бегущей волны в нем КБВ=0.9, подводимая мощность Р=50кВт. Определить эффективное значение напряжения в максимуме на фидере. 2. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр двухпроводного симметричного фидера мм, и его длинам. Определить КПД согласованного фидера, выполненного из медных проводов. 3. Заданы диаметры внешнего мм и внутреннего мм медных проводников коаксиального фидера, толщина диэлектрических шайб мм, относительная диэлектрическая проницаемость ε`=6 и расстояние между соседними шайбами мм. Определить волновое сопротивление и критическую длину волны коаксиального фидера. 4. Выбрать сечение прямоугольного волновода для работы волной Н 10 в заданном диапазоне частот f ГГц, f ГГц. 5. Четырехпроводный перекрещенный фидер выполнен из медных проводов диаметром мм и расстоянием между проводами мм. Определить КПД согласованного фидера, если известны длина фидера мм, частота МГц. Вариант 4 1. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм и длина четырехпроводного симметричного фидера мм. Определить КПД фидера, выполненного из медных проводов. 2. Заданы относительная диэлектрическая проницаемость ε`=1.95, внешний мм и внутренний диаметры мм проводников коаксиального кабеля. Определить волновое сопротивление, если коэффициент заполнения а. 3. Заданы частота ГГц, сечение волновода мм. Волновод выполнен из меди и имеет прямоугольное сечение. Определить затухание при работе волной Н. Для четырехпроводного фидера (рис. б) известны волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм, расстояние между проводами мм, частота МГц. Определить расстояние между однополярными проводами и погонное (нам длины) затухание. 5. Заданы волновое сопротивление коаксиального фидера Ом, коэффициент укорочения волны ξ=1.1, диаметр внутреннего проводника мм. Определить диаметр внешнего проводника. Вариант 5 1. Заданы волновое сопротивление фидера Ом, коэффициент бегущей волны в нем КБВ=0.8 подводимая мощность Р=150кВт. Определить эффективное значение напряжения в максимуме на фидере. 2. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр двухпроводного симметричного фидера мм, и его длинам. Определить КПД согласованного фидера, выполненного из медных проводов. 3. Заданы диаметры внешнего мм и внутреннего мм медных проводников коаксиального фидера, толщина диэлектрических шайб мм, относительная диэлектрическая проницаемость ε`=5 и расстояние между соседними шайбами мм. Определить волновое сопротивление и критическую длину волны коаксиального фидера. 4. Выбрать сечение прямоугольного волновода для работы волной Н 10 в заданном диапазоне частот f ГГц, f ГГц. 5. Четырехпроводный перекрещенный фидер выполнен из медных проводов диаметром мм и расстоянием между проводами мм. Определить КПД согласованного фидера, если известны длина фидера мм, частота МГц. Вариант 6 1. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм и длина четырехпроводного симметричного фидера мм. Определить КПД фидера, выполненного из медных проводов. 185 2. Заданы относительная диэлектрическая проницаемость ε`=2.08, внешний мм и внутренний диаметры мм проводников коаксиального кабеля. Определить волновое сопротивление, если коэффициент заполнения а. 3. Заданы частота ГГц, сечение волновода мм. Волновод выполнен из меди и имеет прямоугольное сечение. Определить затухание при работе волной Н. Для четырехпроводного фидера (рис. б) известны волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм, расстояние между проводами мм, частота МГц. Определить расстояние между однополярными проводами и погонное (нам длины) затухание. 5. Заданы волновое сопротивление коаксиального фидера Ом, коэффициент укорочения волны ξ=1.2, диаметр внутреннего проводника мм. Определить диаметр внешнего проводника. Вариант 7 1. Заданы волновое сопротивление фидера Ом, коэффициент бегущей волны в нем КБВ=0.9, подводимая мощность Р=250кВт. Определить эффективное значение напряжения в максимуме на фидере. 2. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр двухпроводного симметричного фидера мм, и его длинам. Определить КПД согласованного фидера, выполненного из медных проводов. 3. Заданы диаметры внешнего мм и внутреннего мм медных проводников коаксиального фидера, толщина диэлектрических шайб мм, относительная диэлектрическая проницаемость ε`=6 и расстояние между соседними шайбами мм. Определить волновое сопротивление и критическую длину волны коаксиального фидера. 4. Выбрать сечение прямоугольного волновода для работы волной Н 10 в заданном диапазоне частот f ГГц, f ГГц. 5. Четырехпроводный перекрещенный фидер выполнен из медных проводов диаметром мм и расстоянием между проводами мм. Определить КПД согласованного фидера, если известны длина фидера мм, частота МГц. Вариант 8 1. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм и длина четырехпроводного симметричного фидера мм. Определить КПД фидера, выполненного из медных проводов. 2. Заданы относительная диэлектрическая проницаемость ε`=2.3, внешний мм и внутренний диаметры мм проводников коаксиального кабеля. Определить волновое сопротивление, если коэффициент заполнения а. 3. Заданы частота ГГц, сечение волновода мм. Волновод выполнен из меди и имеет прямоугольное сечение. Определить затухание при работе волной Н. Для четырехпроводного фидера (рис. б) известны волновое сопротивление Ом, диаметр проводов мм, расстояние между проводами мм, частота МГц. Определить расстояние между однополярными проводами и погонное (нам длины) затухание. 5. Заданы волновое сопротивление коаксиального фидера Ом, коэффициент укорочения волны ξ=1.1, диаметр внутреннего проводника мм. Определить диаметр внешнего проводника. Вариант 9 1. Заданы волновое сопротивление фидера Ом, коэффициент бегущей волны в нем КБВ=0.85, подводимая мощность Р=100кВт. Определить эффективное значение напряжения в максимуме на фидере. 2. Заданы частота МГц, волновое сопротивление Ом, диаметр двухпроводного симметричного фидера мм, и его длинам. Определить КПД согласованного фидера, выполненного из медных проводов. 3. Заданы диаметры внешнего мм и внутреннего мм медных проводников коаксиального фидера, толщина диэлектрических шайб мм, относительная диэлектрическая проницаемость ε`=6 и расстояние между соседними шайбами мм. Определить волновое сопротивление и критическую длину волны коаксиального фидера. |