Средства передачи информации

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Сентября 2013 в 15:06, контрольная работа

Описание работы

Эффективность излечения и приема антенной сигналов с различных направлений характеризуется её диаграммой направленности. Антенна представляет собой расположенный вертикально проводник размером четверть длины волны электромагнитного колебания. Основное соотношение, определяющее длину волны и геометрический размер антенны, записывается в виде fλ=kc, где f – частота сигнала; λ – длина волны излучения;k – волновое число; c – скорость света в вакууме.

Файлы: 1 файл

Расчёт всенаправленных антенн.docx

— 468.55 Кб (Скачать файл)

Расчёт всенаправленных антенн

Задача 1. Рассчитайте антенну, которая на частоте 50 МГц в режиме излучения передавала бы сигнал равномерно во всех направлениях, а в режиме приема имела бы одинаковую чувствительность для сигналов, приходящих с различных направлений. Свойства среды характеризуются волновым числом k = 0,96.

Решение. Эффективность излечения и приема антенной сигналов с различных направлений характеризуется её диаграммой направленности. Антенна представляет собой расположенный вертикально проводник размером четверть длины волны электромагнитного колебания. Основное соотношение, определяющее длину волны и геометрический размер антенны, записывается в виде , где f – частота сигнала; λ – длина волны излучения;k – волновое число; c – скорость света в вакууме.

 

 

 

 

 

Расчёт дипольных антенн

Задача 2. Рассчитайте антенну на частоте 100 МГц. Она должна иметь максимум эффективности в двух противоположных направлениях, например в северном и южном, а в ортогональных (  западном и восточном ) – не излучать. Среда характеризуется волновым числом k = 0,9

Решение. Антенна обладает различной эффективностью в двух направлениях: максимальной в вертикальном и практически нулевую в горизонтальном. Антенна представляет собой полуволновый диполь, обычно ориентируемый в горизонтальной плоскости.

 

 

 

Длина антенны Герца равна половине рассчитанной длины волны λ, т. е. λ/2 = 1,35 м

 

 

Расчет однонаправленных антенн

Задача 3. Спроектируйте антенну, которая излучала бы только в одном, например северном, направлении. В других направлениях уровень излучения должен быть относительно низким. Рабочая частота 100МГц. Материал, из которого выполнены элементы антенны, характеризуются волновым числом 0,85, а промежутки между элементами – 1,0.

Решение. Для того, чтобы обеспечить направленность антенны более высокую, чем у дипольной антенны Герца, применяется специальная многоэлементная схема, в которой диполь окружен двумя дополнительными элементами – направляющим диполем (директором) и отражательным (рефлектором)

 

 

 

Длина диполя:

Оптимальное расстояние между диполем  и рефлектором равно 0,15λ при  длине последнего на 5% больше дины диполя. Оптимальное расстояние между активным элементом и директором составляет 0,1λ при длине последнего на 5% меньше длины диполя.

Длина пассивных элементов:

Длина рефлектора:

Длина директора:

Теперь найдем расстояние между  элементами. Для этого предварительно вычислим длину волны в межэлементном  пространстве, используя в качестве исходного волновое число k=1,0.

  

 

В итоге расстояние от диполя до рефлектора:

а до директора:

 

Определение минимальной  высоты приёмной антенны для работы в пределах прямой видимости

Задача 4. Какой высоты должна быть антенна, чтобы обеспечить стабильный приём коммерческого телевизионного вещания в СВЧ-диапазоне? Высота передающей антенны 200м. Расстояние приёмной антенны от телецентра 80 км. В зоне прямой видимости отсутствуют условия для возникновения интерференции ТВ-сигналов.

Решение. Математически высота антенны и максимальная дальность передачи связаны соотношением , где H – суммарная высота передающей и приёмной антенн, м; d – расстояние прямой видимости с учетом рефракции, км;

 

 

Таким образом, высота приемной антенны:

Использование антенных контуров для измерения эффективной длины  антенны

Задача 5. Рассчитайте параметры дипольной антенны для работы с равной эффективностью в диапазоне 60 и 40 МГц. Волновое число составляет 0,9.

Решение. Чтобы обеспечить управление длиной диполя в процессе работы, используется специальный приём. В каждое плечо диполя включается контур с частотно-зависимыми параметрами, который в функции от частоты эквивалентен либо замкнутой цепи, либо разомкнутой. Такой контур называется антенным режекторным фильтром.

Сначала определим длину волны  при передаче сигнала на частоте 60 МГц:

 

 

Для передачи на этой частоте размер диполя:

 

Вычислим длину волны при передаче сигнала на частоте 40 МГц:

 

 

Длина диполя на частоте 40 МГц:

 

 

Определение добротности  антенны

Задача 6. Рассчитайте антенну для передачи ВЧ-сигнала, спектр которого имеет центральную частоту 75 и ширину 10 МГц.

Решение. Антенна характеризуется центральной частотой , шириной полосы частот пропускания BW и добротностью Q:

 

 

 

Рупорные антенны

Задача 7. Вычислите коэффициент усиления прямоугольной пирамидальной рупорной антенны. Размеры рупора: 11.3 см в плоскости Е; 14,8 см в плоскости Н, а частота несущей 30 Ггц.

Решение. Скорость света: , а длина волны , где с – скорость света, см/нс; f – частота, ГГц.

 

Коэффициент усиления: , где А – площадь апертуры рупора.

В нашем случае:

Тогда:

 

Задача 8. Измерьте диаграмму направленности рупорной антенны с апертурой 8,2 х 12,3 см на частоте 40 ГГц.

Решение. Минимальное расстояние для проведения точных измерений диаграммы направленности:

 

Ширина направленности

 

 

Отсюда оценочное значение:

 

Абсолютные размеры апертуры луча составят:

 

 

 

Задача 9. Какова длина волны в воздухе электромагнитных колебаний с частотой 86 МГц?

Решение.

 

 

Принимаемая мощность сигнала

Задача 10. Определите мощность принимаемого сигнала, если приёмная антенна – антенная решетка с коэффициентом усиления GR = 13 дБ, расположенная на расстоянии 2 км от передатчика. Мощность передатчика составляет 3 кВт, коэффициент усиления передающей антенны GT = 3 дБ, f = 2 ГГц.

Решение. Мощность принимаемого сигнала:

 

 

 

 

Тогда:

 

Определение длины и  скорости распространения волны

Задача 11. Определите длину и скорость распространения волны в снегу (твердой углекислоте) на частоте 100 МГц.

Решение. Частота f, скорость v и длина волны λ связаны между собой отношением:

 

Скорость распространения волны  в свободном пространстве:

 

Скорость распространения волны в любой другой среде:

 

где - относительная диэлектрическая проницаемость среды (для углекислоты 3,3)

 

 

Определение длины и  волнового сопротивления линии  передач, в которое комплексное  полное сопротивление преобразуется  в вещественное.

Задача 12. На частоте 100 МГц комплексное полное сопротивление нагрузки воздушной линии передачи равно 35 – j 60 Ом. Определите длину и волновое сопротивление линии, при которых её полное сопротивление нагрузки будет чисто вещественным.

Решение. На частоте 100 МГц длина линии передачи должна быть равна λ/8. Тогда длина волны:

 

Отсюда длина линии: 300/8 = 37,5

Полное сопротивление линии:

При мнимая часть Z равна нулю. Тогда полное сопротивление Z оказывается чисто вещественным:

 

Волновое сопротивление:

Полное сопротивление линии:

 

Определение длины и  волнового сопротивления линии  передачи с переменным активным полным сопротивлением

Задача 13. Вычислите длину и волновое сопротивление линии передачи, сопротивление нагрузки которой изменяется в пределах 90 до 60 Ом на частоте 100МГц.

Решение. Длина волны на частоте 100 МГц:

 

Длина линии передачи должна составлять четверть длины волны:

 

Полное сопротивление линии передачи:

 

Когда длина линии равна четверти длины волны:

 

Тогда выражение принимает вид:

 

где – значение исходного полного сопротивления.

Волновое сопротивление линии:

 

 

Определение границ полосы частот, длины волны и скорости распространения волны в цилиндрическом волноводе

Задача 14. Определите радиус цилиндрического волновода, имеющего только одну основную моду на частоте ниже 15 ГГц. Найдите фазовую скорость vp и длину волны в волноводе на частоте 12 ГГц.

Решение. Частота отсечки моды TM01 равна 15 ГГц только в том случае, когда частота отсечки основной моды ниже этой частоты.

 

где – внутренний радиус волновода, – скорость света в диэлектрике

 

Частота отсечки основной моды TE11 :

 

На частоте 12 ГГц длина волны в свободном пространстве:

 

Длина волны в волноводе:

 

Фазовая скорость волны:

 

Для волноводов различной конфигурации, в том числе для прямоугольного и цилиндрического, произведение фазового и групповой скоростей:

 

Отсюда следует что на частоте 12 ГГц групповая скорость:

 

 

Определение коэффициента затухания в запредельном волноводе

Задача 15. Цилиндрический запредельный волноводный аттенюатор включен между коаксиальными линиями передачи. Определите затухание сигнала на частотах 10, 100, 1000 МГц и 10 ГГц при условии, что расстояние между этими линиями возросло от z до z + 25,4 мм.

Решение. При расстоянии z коэффициент затухания в запредельном волноводе:

 

где П – потери; – коэффициент затухания, причём:

 

где – критическая длина волны в свободном пространстве; – критическая частота волновода.

Наименьшее значение коэффициента затухания, исходя из формулы, получается при основной моде.

 

Частота отсечки основной моды TE11 при подставлении его радиуса

 

Граничная длина волны:

 

Значение  на частоте 10 ГГц:

 

На частоте 1 ГГц:

 

На частотах 100 МГц и ниже подкоренное выражение при практических расчетах принимается равным 1. Поэтому на частотах 100 и 10 МГц:

 

Определим как возрастет коэффициент затухания при увеличении длины волнового аттенюатора на 0, 0254 м.

На частоте 10 ГГц:

 

На частоте 1 ГГц:

 

На частотах  100 и 10 МГц:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования  Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Магнитогорский государственный  технический университет им.Г.И.Носова

Кафедра электротехники и  промышленной электроники

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по курсу “Средства передачи информации”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студ. Бутаев Д. В (210106)

 

 Проверил: преп. к. т. н. Завьялов Е. А.

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск

 

2013

 

 

     Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное учреждение высшего  профессионального образования

«Магнитогорский государственный  технический университет

им. Г.И.Носова»

 

Кафедра экономики, коммерции  и налогообложения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

по курсу ”Экономика отрасли”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Выполнил: студ. Бутаев Д. В гр. 20.04

 

 

                                                                                                       Проверила: преп. Нешпоренко Д. Г.

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск

 

2013


Информация о работе Средства передачи информации