Ответы электроника. Ответы на вопросы экзамена v2. Понятие антенна. Обобщенная конструкция антенны. Основные уравнения эмп. Классификация антенн в зависимости от длины волны
 Скачать 2.44 Mb.
|
|
32. Принципы размещения АС на подвижных объектах. Разновидности АС СПР. Сотовая связь, сеть подвижной связи — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций. Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого. Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие. 33. Принципы размещения АС базовых станций сотовой связи. Анализ мешающих воздействий. Сотовая связь, сеть подвижной связи — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций. Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого. Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие. Анализ мешающих воздействий На радиоприем в какой-то мере влияет практически все: железобетонные конструкции и экранирующие (отражающие либо не пропускающие сигнал) поверхности. Одна из распространенных причин «ухудшения» связи —собственная рука. Если антенна в телефоне встроенная, ее иногда зажимают рукой, вспышки на Солнце и даже —северное сияние. 34. Антенны абонентских терминалов сотовой связи. Сотовая связь, сеть подвижной связи — один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть. Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого. Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Базовая станция в радиосвязи— системный комплекс приёмопередающей аппаратуры, осуществляющей централизованное обслуживание группы оконечных абонентских устройств. Всенаправленные и секторные антенны- запитываемые полуволновых вибраторов внутри корпуса, имеющего вид трубки Плоские панельные антенны Логопериодические антенны- применяются в качестве донорных антенн, они могут принимать сигналы сразу нескольких частотных диапазонов Интеллектуальные антенны- необходимость подобных работ обусловлена высокой плотностью числа абонентов в современных мегаполисах, увеличением трафика неравномерностью распределения абонентов и трафика в течение дня, недели или в связи с проведением каких-либо массовых мероприятий. 35. Формы представления ДН. Типичные ДН, применяемые в радиосвязи и радиотехнике. Диаграмма направленности (антенны) — графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости. Форма диаграммы направленности изменяется в зависимости от длины волны. При наличии четко выраженной направленности излучения в диаграмме различают главный, задний и боковые лепестки. Главным лепестком диаграммы направленности является тот, в пределах которого излучение антенны максимально. Лепесток диаграммы направленности, направление которого образует по отношению к направлению главного лепестка угол равный или близкий 180° , называется задним. Боковым лепестком диаграммы направленности является любой лепесток кроме главного и заднего. Задний лепесток и боковые лепестки характеризуются своими уровнями. Под уровнем лепестка понимают отношение его максимума к максимуму главного лепестка. Численно уровень любого лепестка равен значению нормированной характеристики направленности в точке, соответствующей направлению его максимума. В некоторых случаях говорят о кривой, которая огибает все боковые лепестки. Эта кривая так и называется – «огибающая уровней боковых лепестков» Типичные ДН, применяемые в радиосвязи и радиотехнике.  ДН типичной направленной антенны (азимутальная).  ДН по углу места.36. Антенны СДВ- и ДВ-диапазонов. Использование для радиосвязи земной волны предопределяет применение в ДВ и СДВ диапазоне антенн с вертикальной поляризацией, поскольку для этого диапазона замена реальной земли идеально проводящей еще более оправдана, чем в случае KB диапазона. Для расширения зоны уверенного приема следует использовать антенны, мало излучающие под углами Δ > 40...50°. Такие антенны носят название антифединговых. К недостаткам ДВ и СДВ диапазонов относятся высокий уровень атмосферных и промышленных помех, невозможность реализовать антенны с высокими КНД и КПД и необходимость весьма мощных передатчиков с вытекающей проблемой увеличения вмещаемой антенной мощности. Из-за особенностей распространения СДВ, ДВ максимум излучения антенн этих диапазонов должен быть направлен вдоль поверхности земли. Обычная высота опор для антенн ДВ и СДВ диапазонов составляет 150...200 м., сопротивление излучения мало. Основными задачами при разработке ДВ и СДВ антенн являются: увеличение мощности, излучаемой антенной; уменьшение напряжений в антенне; расширение полосы пропускаемых антенной частот; увеличение КПД антенны. Эти задачи можно решить, увеличивая сопротивление излучения, уменьшая сопротивление потерь и реактивное сопротивление антенны. В ДВ и СДВ передатчиках большой мощности иногда применяют сложные заземления, с помощью которых удается даже на СДВ получить КПД антенны близкий к 90%. Горизонтальное полотно антенны имеет длину до 250 м и служит для того, чтобы сделать распределение тока на вертикальной части более равномерным и тем самым увеличить действующую высоту антенны и ее сопротивление излучения. Токи, распределенные на горизонтальной части, практически не излучают, так как их действие компенсируется противофазным зеркальным изображением. Излучение вертикальной части антенны за счет влияния земли усиливается. Диаграммы направленности в горизонтальной плоскости оказываются равномерными, а в вертикальной - как у вертикального диполя Герца. Для увеличения сопротивления излучения в СДВ диапазоне используются более сложные антенны, являющиеся комбинациями нескольких Г- или Т- образных антенн, прилегающих друг к другу и имеющих синфазно возбужденные вертикальные части 37. Антенны СВ-диапазона. Использование для радиосвязи земной волны предопределяет применение в СВ диапазоне антенн с вертикальной поляризацией, поскольку для этого диапазона замена реальной земли идеально проводящей еще более оправдана, чем в случае KB диапазона. Для расширения зоны уверенного приема следует использовать антенны, мало излучающие под углами Δ > 40...50°. Такие антенны носят название антифединговых. Из-за особенностей распространения СВ максимум излучения антенн должен быть направлен вдоль поверхности земли. В случае СВ антенн необходимость борьбы с замираниями вынуждает использовать вибраторы высотой до 350 м и выше. СВ антенны имеют сравнительно большую относительную длину и их сопротивление излучения составляет десятки Ом. Однако здесь возникает дополнительная задача, связанная с обеспечением антифединговых свойств антенны, чтобы антифединговая антенна сохраняла свои свойства в широком диапазоне волн. СВ вещательные антенны выполняют в виде антенн – мачт. Основание антенны-башни крепится к земле с помощью изоляторов; оттяжки для крепления этой антенны не требуются. Антенны-мачты поддерживаются в вертикальном положении небольшим числом оттяжек. Высота антенн-башен обычно составляет 60...200 м, а антенн-мачт 60...350 м. Положительными свойствами этих антенн по сравнению с проволочными являются: наличие только одной мачты или башни (в случае проволочных антенн требуются минимум две мачты), что экономит площадь антенного поля; меньшее искажение ДН в связи с отсутствием большого числа оттяжек, подъемных тросов и т.д. 38. Антенны КВ-диапазона Входное сопротивление антенны в KB диапазонах составляет примерно 300 Ом, что позволяет использовать в качестве фидера и одиночный провод, и двухпроводную линию с соответствующим волновым сопротивлением, и, наконец, коаксиальный кабель, подключаемый через согласующий трансформатор. В диапазоне КВ земная поверхность не является хорошим проводником, поэтому для радиосвязи можно применять кроме вертикально поляризованных и горизонтально поляризованные волны. Ухудшение проводящих свойств земли означает и ухудшение отражающих свойств, но благодаря тому, что отражение КВ происходит от высокого слоя F, дальность связи на КВ даже при малых углах отражения и сравнительно малых мощностях радиостанций, больше чем на ДВ и СВ. Преимуществом связи на КВ, является возможность строить антенны, размеры которых в несколько раз больше λ благодаря чему, формируется диаграмма направленности максимума излучения в заданном направлении, т.е. усиление. Если на КВ применяют вертикальные антенны, то для обеспечения принципа зеркальности желательно улучшить проводящие свойства Земли, например, увлажнить почву в радиусе l/4, закапывать листы металла, либо устанавливать так называемый «противовес» в виде веера проводников. В противном случае искажается диаграмма направленности антенны и уменьшается ее эффективность. 39. Матрица рассеяния. Основные свойства. Расчет СВЧ цепей, состоящих из отрезков линий передачи, разветвлений и неоднородностей, может быть существенно упрощен при использовании волновых матриц рассеяния [S]. Элементами матрицы [S] являются комплексные коэффициенты отражения и передачи волн напряжения между соответствующими зажимами многополюсника Матрица рассеяния [S] определяет соотношения между отраженными и падающими нормированными волнами. При последовательном соединении элементов в цепи удобно применять матрицу сопротивлений, при параллельном соединении – матрицу проводимостей. При каскадном соединении, которое почти всегда применяется в СВЧ цепях более удобно использовать матрицу рассеяния. Основные свойства элементов матрицы рассеяния четырехполюсника: 1. Свойство взаимности: если для данного узла справедлива теорема взаимности, то четырехполюсник, характеризующий данный узел, является взаимным, а его матрица рассеяния [S] - симметричной, т.е. выполняется равенство S12=S21 2. Свойство симметрии: если S11=S22 и S12=S21, то коэффициенты отражения от обоих сечений одинаковы, а четырехполюсник является симметричным. 3. Свойство реактивности: Если все элементы матрицы [Z] чисто мнимые, например Z11 = jX11 (или Y11 = jB11), то 4-полюсник называется реактивным. При отсутствии потерь в узле суммарная мощность отраженных волн равна суммарной мощности падающих волн, а матрица рассеяния удовлетворяет условию унитарности, унитарность матрицы рассеяния является формулировкой закона сохранения энергии для пассивных узлов без потерь. 40. Метод нагруженного многополюсника. Все входы устройства должны быть задействованы: на некоторые подключаются генераторы, на остальные – нагрузки. Задача анализа заключается в получении коэффициентов отражения и передачи на входах, а иногда и коэффициентов передачи мощности в нагрузки. Если коэффициенты отражения на выходах генераторов можно получить традиционной рекомпозицией с нагрузками, которая при этом не будет оптимальной при любом методе объединения, то две другие важнейшие величины оказываются внутри устройства, что делает их недоступными. Для получения характеристик нагруженного многополюсника были разработаны методы, позволяющие вычислять все параметры системы по известной матрице рассеяния устройства. Для анализа нагруженного многополюсника предлагается специальная дополнительная матрица, порядок которой больше порядка S-матрицы устройства на число свободных входов. Очевидны неудобства данного метода, связанные с увеличением порядка матрицы. Существует наиболее удобный метод анализа. В этом методе составляется D-матрица, которая имеет тот же порядок, что и S-матрица нагруженного многополюсника. Пусть имеется многополюсник с известной S-матрицей, каждый вход которой нагружен с известным коэффициентом отражения Гi. Вычисление коэффициентов отражения на входах и коэффициентов передачи с одного входа на другой также не представляет большой сложности, поскольку порядок матрицы не повышается. С помощью свойств матричных операций можно понижать порядок D-матриц. В случае согласования входов многополюсника с генераторами или нагрузками порядок определителя D-матрицы можно сразу понизить на число входов, согласованных с генераторами или нагрузками. Кроме того, существуют свойства разложения и сокращения D-матриц, которые также позволяют понизить порядок определителя. Таким образом, использование математического аппарата D-матриц – самый простой и удобный метод определения характеристик нагруженного многополюсника. 41. Методы анализа СВЧ-устройств (декомпозиция, рекомпозиция) Наиболее универсальным методом расчета электрических характеристик многополюсных устройств СВЧ является расчленение (декомпозиция) сложного устройства на ряд более простых устройств, допускающих независимый анализ и характеризуемых теми или иными матрицами параметров. Эти простые устройства называют базовыми элементами: резисторы (поглотители мощности); конденсаторы (накопители энергии электрического поля); индуктивные катушки (накопители энергии магнитного поля). Традиционный подход к декомпозиции СВЧ-устройств предусматривает замену каждого выделенного базового СВЧ-элемента некоторой схемой замещения, состоящей из сосредоточенных элементов L, С и R, а также из регулярных отрезков линии передачи. Преимуществами такого подхода являются универсальность, схожесть с теорией НЧ-цепей, а также наглядность представлений о функционировании сложных СВЧ-устройств, достигаемая путем разумной идеализации эквивалентных схем. Недостатками традиционного подхода являются потеря точности при использовании упрощенных схем замещения и трудности в количественной оценке погрешностей расчета. Следует различать два уровня декомпозиции: 1) представление укрупненных базовых элементов СВЧ в виде схем замещения из отрезков линий передачи и элементов L, С и R, 2) расчленение тракта СВЧ на укрупненные базовые элементы и использование алгоритмов объединения многополюсников. Рекомпозиция- объединение 5-матриц базовых элементов для вычисления итоговой матрицы рассеяния устройства. Способ рекомпозиции заключается в однократном преобразовании обобщенной матрицы, составленной из Я-матриц базовых элементов с учетом матрицы соединений. Основным недостатком данного способа является необходимость наличия в памяти компьютера перед началом преобразований матриц всех базовых элементов и значительный размер обобщенной матрицы, большая часть которой равна нулю. 42. Матрицы рассеяния простых СВЧ-устройств. Фазовращатели. Расчет СВЧ цепей, состоящих из отрезков линий передачи, разветвлений и неоднородностей, может быть существенно упрощен при использовании волновых матриц рассеяния [S]. Элементами матрицы [S] являются комплексные коэффициенты отражения и передачи волн напряжения между соответствующими зажимами многополюсника Матрица рассеяния [S] определяет соотношения между отраженными и падающими нормированными волнами. При последовательном соединении элементов в цепи удобно применять матрицу сопротивлений, при параллельном соединении – матрицу проводимостей. При каскадном соединении, которое почти всегда применяется в СВЧ цепях более удобно использовать матрицу рассеяния. Фазовращатель- устройство, с помощью которого вводится в электрическую цепь известный и регулируемый фазовый сдвиг, т.е.предназначены для плавного или дискретного изменения фазы электромагнитной волны. Фазовращатели широко применяются в разнообразных устройствах техники СВЧ: радиоприемниках, измерительных установках, антенных системах, антенных решетках для формирования требуемой диаграммы направленности, направленных ответвителях с регулируемой связью, согласующих устройствах. Различают механические и электрические фазовращатели. Работа фазовращателя базируется на изменении электрической длины отрезка линии передачи путем изменения геометрической длины, критической длины волны, или эффективной диэлектрической проницаемостью среды, которая заполняет линию
| ||||||||||||