WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
Федеральное агентство связи Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики Кафедра электродинамики и антенн МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА к лабораторному практикуму по курсу ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН Часть III Авторы-составители:

к.т.н., доцент Маслов М.Ю.

ассистент Скачков Д.В.

Самара, 2011 УДК 538.3, 621.38 Маслов Михаил Юрьевич, Скачков Дмитрий Владимирович.

Методическая разработка к лабораторному практикуму по курсу «Электродинамика и распространение радиоволн». Самара, 2011.

28 стр. с иллюстрациями.

В методической разработке содержатся указания к выполнению лабораторных работ, по исследованию проволочных антенн, выполняемых в программе MMANA и исследованию апертурных антенн, выполняемых в программе SABOR.

Рецензент – кафедра «Электродинамики и Антенн» Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики Иллюстрации – асс. Скачков Д.В.

СОДЕРЖАНИЕ Лабораторная работа №1. Исследование простых вибраторных антенн..... 4 Лабораторная работа №2. Исследование ФАР............................................... 8 Лабораторная работа №3. Исследование рупорных антенн........................ 12 Лабораторная работа №4. Исследование зеркальных антенн..................... 16 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Моделирование проволочных антенн в программе MMANA......................................................................................................... 20 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Моделирование апертурных антенн в программе SABOR........................................................................................................... 27 3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.

«ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЫХ ВИБРАТОРНЫХ АНТЕНН» 1. Цель работы Знакомство с общими принципами работы программы моделирования антенн MMANA. Исследовать параметры простых вибраторных антенн с использованием программы MMANA. (Лабораторная работа рассчитана на 4 часа).

2. Литература 1. В.Р. Линдваль Основы теории и проектирование проволочных антенн систем связи с использованием программы MMANA: Учебное пособие. Издание второе, переработанное и дополненное. Казань: Издательство Казанского гос.техн. ун-та, 2007.

2. И. Гончаренко Компьютерное моделирование антенн. Все о программе MMANA. – М.: ИП РадиоСофт, Журнал «Радио». 2002.

3. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн:

Учебник для вузов / Г.А. Ерохин, О.В. Чернышев, Н.Д. Козырев, В. Г Кочержевский; под ред. Г.А. Ерохина. – 3-е изд., испр. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007.

4. В.П. Кубанов Линейные симметричные электрические вибраторы в свободном пространстве: Учебное пособие. - Самара. ГОУВПО ПГУТИ, 2010.

3. Контрольные вопросы 1. Линейный симметричный вибратор (ЛСВ), как излучающая система;

2. Распределение тока на коротком ЛСВ, и на ЛСВ, длина которого соизмерима с длиной волны;

3. Связь между распределением тока и направленными свойствами линейного симметричного вибратора;

4. Связь между длиной и входным сопротивлением ЛСВ.

5. Влияние подстилающей поверхности на диаграмму направленности горизонтального и вертикального излучателей.

4. Содержание работы 1. Построить симметричный вибратор в свободном пространстве с длиной плеча l=0,25 и рабочей частотой 100 МГц. С помощью программы MMANA cнять зависимость распределения тока и диаграмму направленности антенны.

ПРИМЕЧАНИЕ. Под симметричным вибратором подразумевают прямолинейный провод длиной 2l (где l – длина плеча вибратора), не нагруженный на концах и питаемый в середине. [Г.З. Айзенберг, Коротковолновые антенны, М.: СВЯЗЬИЗДАТ, 1962 г., стр.125.] 2. Построить график зависимости RВХ, ХВХ, от частоты входного сигнала. Для этого следует выбрать вкладку «Вычисления», нажать кнопку «Графики», в открывшемся окне во вкладке «Настройки» установить Доп. точки = 4, Полоса = 120000 кГц, нажать кнопку «Доп. точки», перейти на вкладку «Z».

3. Снять зависимость распределения тока и диаграмму направленности антенны для случаев, когда вибратор находится на высоте 1 м и на высоте 5 м над подстилающей поверхностью: а) идеально проводящая земля;

б) земля с сухой почвой ( = 0,001 См/м, =20…30); в) земля с влажной почвой ( = 0,1..0,5 См/м, =0,1).

4. Повторить п.п.1.. п.п.3 для l=0,5, 0,625, 0,75,.

5. Построить несимметричный вибратор на высоте 0 м над идеально проводящей землей с длиной плеча l=0,25 и рабочей частотой 100 МГц.

С помощью программы MMANA cнять зависимость распределений тока и диаграмму направленности антенны.

6. Построить график зависимости RВХ, ХВХ, от частоты входного сигнала. Для этого следует выбрать вкладку «Вычисления», нажать кнопку «Графики», в открывшемся окне во вкладке «Настройки» установить Доп. точки = 4, Полоса = 120000 кГц, нажать кнопку «Доп. точки», перейти на вкладку «Z».

7. Провести исследования для случаев, когда вибратор находится над:

а) земля с сухой почвой ( = 0,001 См/м, =20…30); б) земля с влажной почвой ( = 0,1..0,5 См/м, =0,1). При этом следует отметить изменение диаграммы направленности.

8. Повторить п.п.5.. п.п.7 для l=0,5, 0,625, 0,75,.

9. Сделать выводы по проделанной работе.

5. Методические указания к работе Построение симметричного вибратора в программе MMANA:

1. Во вкладке Геометрия:

– задать рабочую частоту 100 МГц;

– установить параметры сегментации по умолчанию;

– рассчитать координаты начала и конца вибратора. Из рисунка 1.видно, что координата начала вибратора лежит на оси oy (т.е. x=0, z=0) и сдвинута по ней на величину l в отрицательную сторону, а координата конца вибратора также лежит на оси oy и сдвинута по ней на величину l в положительную сторону – записать координаты в соответствующие ячейки таблицы;



– установить источник в центре провода (в таблице описания источников под словом «Pulse» необходимо задать w1с);

2. Во вкладке Вычисления:

– установить тип подстилающей поверхности;

– задать высоту расположения вибратора;

– произвести расчеты нажатием кнопки «Пуск» Рис. 1.1. Симметричный вибратор Построение несимметричного вибратора в программе MMANA:

1. Во вкладке Геометрия:

– задать рабочую частоту 100 МГц;

– установить параметры сегментации по умолчанию;

– рассчитать координаты начала и конца вибратора. Из рисунка 1.2 видно, что координата начала вибратора лежит в центре системы координат (т.е.

x=0, y=0, z=0), а координата конца вибратора лежит на оси oz (т.е. x=0, y=0), и сдвинута по ней на величину l в положительную сторону – записать координаты в соответствующие ячейки таблицы;

– установить источник в центре провода (в таблице описания источников под словом «Pulse» необходимо задать w1b2);

Рис. 1.2. Несимметричный 2. Во вкладке Вычисления:

вибратор – установить тип подстилающей поверхности;

– задать высоту расположения вибратора равной 0;

– произвести расчеты нажатием кнопки «Пуск» 6. Содержание отчета В отчете должны быть приведены:

1 Рисунок симметричного и несимметричного вибратора.

2. Графики распределений тока, диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Пример выполнения диаграммы направленности изображен на рисунке 1.3.

3. Графики зависимости RВХ, ХВХ, от частоты входного сигнала.

4. Выводы по проделанной работе.

Рис. 1.3. Оформление диаграмм направленности антенны ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.

«ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗИРОВАННЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК (ФАР)» 1. Цель работы При помощи программы MMANA исследовать принципы создания синфазных и фазированных антенных решеток на базе симметричного электрического излучателя. Исследовать влияние геометрических параметров антенной решетки и фазирования питания элементов антенной решетки на диаграмму направленности. (Лабораторная работа рассчитана на 4 часа).

2. Литература 1. В.Р. Линдваль Основы теории и проектирование проволочных антенн систем связи с использованием программы MMANA: Учебное пособие. Издание второе, переработанное и дополненное. Казань: Издательство Казанского гос.техн. ун-та, 2007.

2. И. Гончаренко Компьютерное моделирование антенн. Все о программе MMANA. – М.: ИП РадиоСофт, Журнал «Радио». 2002.

3. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн:

Учебник для вузов / Г.А. Ерохин, О.В. Чернышев, Н.Д. Козырев, В. Г Кочержевский; под ред. Г.А. Ерохина. – 3-е изд., испр. – М.: Горячая линия – Телеком, 4. В.П. Кубанов Линейные симметричные электрические вибраторы в свободном пространстве: Учебное пособие. - Самара. ГОУВПО ПГУТИ, 3. Контрольные вопросы 1. Понятие двумерной эквидистантой синфазной антенной решетки;

2. Влияние горизонтального и вертикального развития (количество элементов) двумерной эквидистантой синфазной антенной решетки на направленные свойства;

3. Влияние горизонтального и вертикального межэлементного расстояния на направленные свойства двумерной эквидистантой синфазной антенной решетки;

4. Влияние фазового распределения питания элементов решетки на направленные свойства двумерной эквидистантой антенной решетки;

5. Использование рефлектора для получения односторонней диаграммы направленности двумерной эквидистантой антенной решетки;

6. Влияние расстояния до рефлектора на направленные свойства двумерной эквидистантой антенной решетки;

7. Выбор оптимального размера рефлектора. Влияние размеров рефлектора на направленные свойства и входные характеристики двумерной эквидистантой антенной решетки.

4. Содержание работы 1. Построить симметричный вибратор в свободном пространстве с длиной плеча l=0,25 и рабочей частотой 100 МГц, ориентированный вдоль оси oz, зарисовать диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

2. Построить вертикальную антенную решетку, состоящую из двух симметричных вибраторов с длиной плеча l=0,25 и рабочей частотой МГц, ориентированный вдоль оси oz и сдвинутых друг относительно друга на величину a вдоль оси oz (рисунок 2.1). Зарисовать диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

3. Изменяя величину a в соответствии с таблицей 2.1 измерить и записать в таблицу значения активной части входного сопротивления (RВХ), реактивной части (ХВХ), коэффициента стоячих волн (КСВ) при резонансе.

Проследить изменение диаграммы направленности.

Таблица 2.a 0,55 0,65 0,75 0,85 0,RВХ ХВХ КСВ 4. При a = 0.75, изменяя набег фазы в одном из вибраторов от 0° до 180° с шагом 20° проследить изменение диаграммы направленности (зарисовать).

ПРИМЕЧАНИЕ. Наиболее наглядно изменение диаграммы направленности в вертикальной плоскости можно увидеть на трехмерном изображении (Кнопка «3Д ДН») 5. Построить горизонтальную антенную решетку, состоящую из двух симметричных вибраторов с длиной плеча l=0,25 и рабочей частотой МГц, ориентированный вдоль оси oz и сдвинутых друг относительно друга на величину b вдоль оси oy (рисунок 2.2). Зарисовать диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Таблица 2.b 0,1 0,2 0,3 0,4 0,RВХ ХВХ КСВ 6. Изменяя величину b в соответствии с таблицей 2.2 измерить и записать в таблицу значения активной части входного сопротивления (RВХ), реактивной части (ХВХ), коэффициента стоячих волн (КСВ) при резонансе.





Проследить изменение диаграммы направленности.

7. При b = 0.3, Изменяя набег фазы в одном из вибраторов от 0° до 180° с шагом 20° проследить изменение диаграммы направленности (зарисовать).

8. Построить графики зависимости RВХ, ХВХ, КСВ от a и b для вертикальной и горизонтальной антенной решетки. Сделать выводы по результатам проделанной работы.

5. Методические указания к работе Вертикальная антенная решетка 1. Во вкладке Геометрия:

– задать рабочую частоту 100 МГц;

– рассчитать координаты начала и конца первого вибратора. Из рисунка 2.видно, что координата начала вибратора лежит на оси oz (т.е. x=0, y=0) и сдвинута по ней на величину (a/2–l), а координата конца вибратора также лежит на оси oz и сдвинута по ней на величину (a/2+l);

– аналогичным образом рассчитать координаты начала и конца второго вибратора;

– записать координаты в соответствующие ячейки таблицы;

– установить источники в центре каждого провода (в таблице описания источников под словом «Pulse» необходимо задать w1с и w2c);

2. Во вкладке Вычисления:

– установить тип подстилающей поверхности;

– задать высоту расположения вибратора;

– произвести расчеты нажатием кнопки «Пуск» Рис. 2.1. Вертикальная антенная решетка Горизонтальная антенная решетка 1. Во вкладке Геометрия:

– задать рабочую частоту 100 МГц;

– рассчитать координаты начала и конца первого вибратора. Из рисунка 2.1 видно, что координаты вибратора лежат в плоскости yoz (т.е.

x=0) и сдвинуты по оси oy на величину b/2, в отрицательную сторону. при этом координаты начала и конца вибратора сдвинута на l вдоль оси oz в положительную и отрицательную стороны;

– аналогичным образом рассчитать координаты начала и конца второго вибратора;

– записать координаты в соответствующие ячейки таблицы;

– установить источники в центре каждого провода;

2. Во вкладке Вычисления:

– установить тип подстилающей поверхности;

– задать высоту расположения вибратора;

– произвести расчеты нажатием кнопки «Пуск» Рис. 2.2. Горизонтальная антенная решетка 6. Содержание отчета В отчете должны быть приведены:

1. Рисунок горизонтальной и вертикальной антенной решетки в декартовой системе координат.

2. Таблица со значениями RВХ, ХВХ, КСВ при резонансе.

3. Диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, график зависимости RВХ, ХВХ, КСВ от a и b.

4. Выводы о проделанной работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.

«ИССЛЕДОВАНИЕ РУПОРНЫХ АНТЕНН» 1. Цель работы Практическое исследование направленных свойств рупорных антенн с использованием программы SABOR. Исследование влияния геометрических параметров рупора на характеристики излучения рупорных антенн.

2. Литература 1. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн:

Учебник для вузов / Г.А. Ерохин, О.В. Чернышев, Н.Д. Козырев, В. Г Кочержевский; под ред. Г.А. Ерохина. – 3-е изд., испр. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007.

2. Антенно-фидерные устройства: учеб. пособие для вузов/ А.С. Лавров, Г.Б. Резников.- М.: Сов. радио, 1974.- 368 с.

3. Антенны УКВ: В 2-х ч./ Г.З. Айзенберг, В.Г. Ямпольский, О.Н.Терешин; под ред. Г.З. Айзенберга.- М.: Связь - 1977.- 288 с.

3. Контрольные вопросы 1. Объяснить устройство и принцип действия рупорной антенны (РА). Область применения рупорных антенн.

2. Направленные свойства РА.

3. Виды рупорных антенн, особенности геометрической формы.

4. Структура основной волны в волноводе круглого сечения.

5. Структура основной волны в волноводе прямоугольного сечения.

6. В чем особенности и различия Н-плоскостного секториального и Е-плоскостного секториального рупоров 7. Достоинства и недостатки рупорных антенн.

8. Структура электромагнитного поля на открытом конце волновода.

9. Отличие поля в рупоре и поля в волноводе.

10. Фазовая ошибка, причины возникновения и методы ее устранения.

11. Расчет максимального сдвига фазы возбуждающего поля на краю раскрыва Н-плоскостного секториального и Е-плоскостного секториального рупоров.

12. Расчет максимального сдвига фазы возбуждающего поля на краю раскрыва Н-плоскостного секториального и Е-плоскостного секториального рупоров.

13. Коэффициент направленного действия рупора (КНД).

14. Оптимальный рупор.

15. Формулы расчета КНД оптимального Н-плоскостного секториального и Е-плоскостного секториального рупоров.

16. Формула расчета КНД оптимального пирамидального рупора.

17. Определение КНД антенны. Какие факторы определяют значение КНД.

18. Определение коэффициента усиления антенны. Каким образом коэффициент усиления связан с КНД.

19. Определение эффективной поверхности апертурной антенны.

Связь эффективной поверхности с ее КНД и коэффициентом усиления.

20. Факторы, от которых зависит коэффициент использования поверхности апертурной антенны. Учет влияние этих факторов на его величину.

4. Содержание работы 1. Выбрать Н-плоскостной рупор: Horn Rectangular H-plane sectoral.

2. Установить в меню Options:

– рабочую частоту f =10 ГГц (Frequency);

– пределы измерений по от –90 до 90 (Theta);

– исследуемая плоскость 0 (Phi-cut);

– пределы измерений по E, Emax=0 дБ, Emin= – 40 дБ (Field Scale);

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.