Логопериодическая антенна

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Забайкальский  государственный университет»

(ФГБОУ  ВПО «ЗабГУ»)

Заочный факультет

Кафедра физики и техники связи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чита

2012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Забайкальский  государственный университет»

(ФГБОУ ВПО  «ЗабГУ»)

Заочный факультет

Кафедра физики и техники связи

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

 

Студенту _______________________________________________________________________

(фамилия, имя, отчество)

 

специальности (направления подготовки) ____________________________________________

 

1 Тема курсовой работы (проекта) __________________________________________________

________________________________________________________________________________

2 Срок подачи студентом  законченной работы________________________________________

3 Исходные данные к работе _______________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

4 Перечень подлежащих разработке  в курсовой работе (проекте) вопросов:

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________

5 Перечень графического материала  (если имеется):

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дата выдачи задания _________________

Руководитель курсовой работы (проекта)_____________________________________________

^{(подпись,  расшифровка подписи)}

Задание принял к исполнению

«__» _________________ 20__г.

 

Подпись студента _______________ / __________________________/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Забайкальский  государственный университет»

(ФГБОУ  ВПО «ЗабГУ»)

Заочный факультет

Кафедра физики и техники связи

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

 

по _____________________________________________________________________________________

(наименование направления  подготовки)

 

на тему ________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

 

 

Выполнил студент группы ________________________________________________________________

(группа, Ф.И.О.)

 

 

 

 

 

 

Руководитель работы:____________________________________________________________________      (должность, ученая степень, Ф.И.О.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение..............................................................................................................5

1 Краткие теоретические сведения............................................................................5

2 Расчет геометрии антенны.....................................................................................10

3 Монтаж логопериодической антенны..................................................................18

4 Установка логопериодической  антенны..............................................................20

Заключение........................................................................................................22

Список использованных источников...............................................................23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Передача радио- и телепрограмм осуществляется с  помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Антенна – это устройство, предназначенное  для излучения и приема радиоволн. Для передачи сигналов телевизионного изображения и звукового сопровождения используются определенные частоты диапазона ультракоротких волн.

Высококачественный  прием возможен только при условии  выбора наиболее подходящего для  данного района типа антенны и  правильной ее установки. Кроме того индивидуальная антенно – фидерная система для приема сигнала может содержать согласующие устройства, антенные усилители, сумматоры и разветвители сигнала, неправильное применение которых также приводит к ухудшению приема.

На качество приема влияет расстояния до передатчика, рельеф местности, наличие препятствий для прохождения  радиоволн, тип и кабеля и другие факторы.

В настоящее время существует множество типов антенн, такие  как простые дипольные антенн (слабонаправленные антенны), антенны типа «волновой канал», зигзагообразные антенны, рамочные антенны, логопериодические антенны, синфазные решетки.

Логопериодическая антенна относится к числу  широкополосных антенн. Она хорошо согласуется с коаксиальным кабелем, обеспечивает прием сигналов в десятикратном и более диапазоне частот. Также в выборе антенны сыграли свою роль простота конструкции и дешевизна реализации.

1 Краткие теоретические сведения

Каждая антенна  как пассивное линейное устройство может работать в режиме передачи либо в режиме приема. В обоих режимах антенна характеризуется направленными, поляризованными, фазовыми свойствами и входным сопротивлением.

К основным характеристикам  и параметрам, описывающим эти  свойства, относятся:

- полоса пропускания;

- поляризация;

- входное сопротивление;

- коэффициент стоячей  волны (КСВ);

- диаграмма направленности (ДН);

- коэффициент направленного  действия (КНД);

- коэффициент усиления  антенны (КУ);

- фазовая диаграмма антенны  (ФД);

- коэффициент полезного действия антенны (КПД);

- шумовая температура  антенны (Т_А).

Полоса пропускания  – диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) антенны достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения  его формы. Ширина полосы пропускания определяется как разность верхней и нижней граничных частот участка АЧХ, на котором амплитуда колебаний от максимальной снижается в корень из двух раз или мощность снижается в два раза. Этот уровень приблизительно соответствует -3 дБ.

Поляризация для  электромагнитных волн – это явление  направленного колебания векторов напряженности электрического поля Е или напряженности магнитного поля Н.

Входное сопротивление  антенны – это величина, которая  определяется отношением напряжения на зажимах антенны к току на входе фидера. Величину входного сопротивления антенны необходимо знать для того, чтобы правильно согласовать антенну с кабелем и приемником (передатчиком): только при этом условии на вход поступает наибольшая мощность. При правильном согласовании входное сопротивление антенны должно равняться входному сопротивлению кабеля, которое, в свою очередь, должно быть равно входному сопротивлению приемника (передатчика).

Коэффициент стоячей  волны – это отношение наибольшего  и наименьшего значений амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи. КСВ характеризует степень согласования антенны и фидера (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера). На практике всегда часть передаваемой энергии отражается и возвращается в передатчик. Отраженная энергия ухудшает работу передатчика и может его повредить. КСВ рассчитывается следующим образом:

КСВ = (W_пад+W_отр)/(W_пад-W_отр),

где W_пад – падающая энергия,W_отр – отраженная энергия.

Диаграмма направленности приемной антенны – это график, который характеризует зависимость ЭДС, наведенной в антенне электромагнитным полем, от ориентации ее в пространстве. Лепесток, соответствующий максимальному сигналу или нулевому направлению, называют основным или главным, остальные – боковыми или задними (в зависимости от расположения по отношению к главному лепестку). Основным параметром диаграммы направленности является угол раствора (ширина) главного лепестка, в пределах которого ЭДС, наведенная в антенне электромагнитным полем, спадает до уровня 0,707, или мощность, спадающая до уровня 0,5 от максимальной. По ширине главного лепестка судят о направленных свойствах антенны. Чем эта ширина меньше, тем больше направленность антенны.

Коэффициент направленного  действия антенны – это число, показывающее во сколько раз мощность, поступающая на вход приемника при приеме на направленную антенну, больше мощности, которую можно получить при приеме на ненаправленную антенну (при той же напряженности поля).

Коэффициент усиления антенны – отношение мощности на входе эталонной к мощности, подводимой к входу рассматриваемой антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или такой же плотности потока мощности.

Коэффициент полезного  действия антенны – это параметр, который характеризует потери мощности в антенне и представляет собой отношение мощности излучения к сумме мощностей излучения и потерь, т.е. к полной мощности, которая подводится к антенне радиопередающей станции от передатчика.

η = Р_и/(Р_и+Р_п),

где Р_и – мощность излучения, Р_п – мощность потерь.

Мощность, теряемая в антенне, состоит из потерь в  земле, проводах антенны, изоляторах, применяемых для подвески полотна антенны, в канатах, поддерживающих антенну. Основные потери энергии – потери в земле.

Шумовая температура  антенны – характеристика мощности шумов антенны по приему. Источником этих шумов является не сама антенна, а шумящие объекты на Земле и в космосе.

ЛПВА была предложена и разработана в 1958 г. Избеллом на основе более ранней работы Дюамеля и Избелла по логарифмическим структурам. Эта антенна впервые была подробно исследована Кэррелом и результаты исследований опубликованы еще в 1961 г. и с тех пор эта работа многократно цитировалась. В нашей стране в 1964 г. вышел сборник статей, в котором опубликован перевод этой работы. В ней приведено много экспериментальных результатов и большое количество номограмм, позволяющих быстро рассчитать конкретную антенну.

Существует  много разновидностей логопериодических антенн. Схема классической ЛПВА показана на рисунке 1. Антенна состоит из системы параллельных вибраторов, расположенных в одной плоскости.

Рис. 1 Схема  расположения вибраторов в ЛПВА (а) и система координат (б)

Следуя Кэррелу, нумерация вибраторов начинается с самого длинного. Длины вибраторов и расстояния между ними изменяются в геометрической прогрессии со знаменателем τ < 1,0. Параметр σ представляет собой отношение расстояния между соседними вибраторами d_n к 2*2h_n – удвоенной полной длине вибратора, т.е. σ = d_n/4h_n, где h_n – длина плеча n-го вибратора. Величина σ связана с τ соотношением

σ = 0.25(1-τ)ctgα,

где α – угол между осью антенны и линией, проходящей через концы вибраторов.

На рис. 1 N – число вибраторов антенны, l_n – расстояние от вершины антенны до n-го вибратора.

Обычно длина максимального  вибратора 2h₁ принимается равной λ_max/2 (или длина одного плеча h₁ = λ_max/4), где λ_max – максимальная длина волны рабочего диапазона частот ЛПВА. Расстояние этого вибратора от геометрической вершины антенны l₁ = h₁ctgα. Все последующие размеры получаются из соотношений h_n = h_n-1τ и l_n = l_n-lτ.

Элементы структуры (вибраторы) возбуждаются противофазно-симметричным распределительным фидером, начиная с самого короткого вибратора. Питание можно подводить либо непосредственно симметричным фидером к вершине антенны (рис. 2а), либо коаксиальным кабелем, проложенным внутри одного из проводников симметричного распределительного фидера (рис. 2б). Центральная жила кабеля при этом должна быть присоединена ко второму проводнику симметричной линии. В этом случае двухпроводная линия одновременно играет роль симметричного трансформатора. Распределительный фидер обычно закорочен за первым, самым длинным вибратором на расстоянии