работа «Разработка укв вещательной антенны» Преподаватель: Богачков И. В (стр. 2 из 2)
Рис.3 Диаграмма направленностиJ-антенны.
Особенно простой способ питания полуволновой вертикальной антенны заключается в том, что к высокоомному нижнему концу излучателя подключается замкнутая четвертьволновая линия, и по ее длине ищется сопротивление, соответствующее волновому сопротивлению кабеля питания. Так как по длине L/4 линии сопротивление изменяется от десятков тысяч ОМ в точке нижнего конца излучателя (максимум напряжения) до нуля в точке замыкания согласующей линии (минимум напряжения), то, таким образом, можно согласовать с антенной коаксиальный кабель и ленточный кабель УКВ с любым волновым сопротивлением, а также двухпроводную линию питания с воздушной изоляцией и волновым сопротивлением 600 Ом.
Преимуществом такого способа питания антенны является то, что нижний замкнутый конец L/4 согласующей линии "B" может быть заземлен и, кроме того, антенна может служить одновременно хорошим молниеотводом.
Оптимальное согласование линии питания с антенной ищется следующим образом: к излучателю (в районе верхней точки согласующего шлейфа) подключается неоновая лампочка, и точка подключения кабеля питания перемещается до тех пор, пока не наступает наиболее яркое свечение лампочки.
Рекомендуется четвертьволновую согласующую линию делать несколько длиннее расчетной длины и использовать подвижный замыкающий мостик. Затем антенну возбуждают с помощью расположенной поблизости вспомогательной антенны, подключенной к передатчику. При этом к четвертьволновой линии не подключают линии питания и, меняя расположение замыкающей перемычки, добиваются максимального свечения неоновой лампочки, включенной в точке соединения нижнего конца излучателя с четвертьволновой согласующей линией. Таким образом, излучатель и согласующая линия оказываются настроенными в резонанс с рабочей частотой. Затем вспомогательную антенну отключают от передатчика и вертикальный излучатель подключают к линии питания, согласование которой осуществляется описанным выше способом. Настроенный таким образом излучатель является прекрасной антенной для установления дальних связей. Антенна имеет круговую диаграмму направленности при условии, что она монтируется на достаточно большой высоте.
Достоинства J-антенны: широкополосность, простота конструктивного исполнения, не требует противовесов. Антенна не требует защиты от грозы так как нижний конец заземляется и сама антенна является громоотводом.
Недостаток – однодиапазонность, установка антенны на большой высоте.
2.1. Расчет антенны.
Расчет вещательной УКВ антенны будем производить с помощью программы MANNA.
ОБЩИЕ ПАРАМЕТРЫ MMANA
MMANA – это программа моделирования антенн,
Работающая в среде Windows. Вычислительной основой
MMANA (так же как и многих коммерческих программ
моделирования) является программа MININEC Ver.3, которая
была создана для целей американских ВМС в Washington
Research Institute.
Позволяет:
1. Создавать и редактировать описания антенны, как заданием координат, так и мышкой. Кто хоть раз набивал
вручную длинные ряды цифр, описывающих координаты
каждого провода в трехмерном пространстве в различных
NEC, поймет, какой это колоссальный шаг вперед!
2. Рассматривать множество разных видов антенны.
3. Рассчитывать диаграммы направленности (ДН) антенн
в вертикальной и горизонтальной плоскостях (под
любыми вертикальными углами).
4. Одновременно сравнивать результаты моделирования
нескольких разных антенн (ДН и все основные характеристики).
5. Редактировать описание каждого элемента антенны,
включая возможность менять форму элемента без сдвига
его резонансной частоты. Проще говоря, вы можете за
пару секунд трансформировать «волновой канал» в
«квадраты» или «дельты».
6. Редактировать описание каждого провода антенны. Имеется возможность перекомпоновки антенны без утоми
тельного перебора цифр координат, простым перетаскиванием мышкой (практически всю антенну можно
нарисовать и редактировать одной мышкой);
7. Просчитывать комбинированные провода, состоящие из
нескольких, разных диаметров. Это полезно при расчете
элементов, составленных из труб разного диаметра,
например «волновых каналов» или вертикалов.
8. Использовать удобное меню создания многоэтажных
антенн – стеков, причем в качестве элемента стека можно
использовать любую существующую или созданную вами
антенну.
9. Оптимизировать антенну, гибко настраивая цели оптимизации: Zвх, КСВ, усиление, F/B, минимум, вертикального
угла излучения, причем предельно наглядно – движками
указывается важность для вас того или иного параметра.
10. Задавать изменение при оптимизации более 90 пара_
метров антенны. Возможно описание совместного (зависимого) изменения нескольких параметров.
11. Сохранять все шаги оптимизации в виде отдельной таблицы. Это полезно для последующего неспешного
просмотра и анализа.
12. Строить множество разнообразных графиков: Zвх, КСВ,
усиления, отношения излучений вперед/назад (F/B),
включая показ зависимости ДН от частоты.
Исходные данные:
1.Рабочая частота 100 Мгц.
2.Длина волны 2.998 метра
3.Входное сопротивление 50 Ом.
4. Высота установки антенны 50 метров.
5. Тип антенны "J-образная"
6. КСВ. Будем стремиться к значению 1.1
Чтобы яснее понимать, что такое КСВ дадим более полное объяснение.
КСВ – Это коэффициент стоячей волны, по напряжению измеренный на входе антенны или кабеля, подключенного к приемной или передающей антенны.
Из названия термина вытекает физический смысл процесса. Эквивалентная схема передатчика, работающего на антенну можно представить в виде генератора линии связи и нагрузки. В идеальных случаях вся мощность передатчика излучается в эфир, однако, на практике часть энергии отражается от нагрузки и в виде отраженной волны возвращается к генератору. Таким образом, в результате сложений падающей волны (волна идущая от генератора к нагрузке) и отраженной волны, возникает стоячая волна со своими максимальным и минимальным напряжением.
7. Диаметр и материал алюминиевых труб проектируемой антенны был подобран опытным путем. Используя программу по компьютерному моделированию антенн MANNA. Добиваясь при этом, наименьшего КСВ. Радиус алюминиевых труб R=5мм.
Предварительный расчет длин проводов антенны.
Рис.4
Итого, мы имеем следующие значения:
А= 215.02 см. (Вибратор)
В=71.32 см. (Согласующая линия)
С=6.71 см. (Точка подключения коаксиального кабеля)
D=6.4 см. (расстояние между вибратором и согласующей линией)
Пример данного расчета был взят из книги «АНТЕННЫ» Карла Ротхаммелья.
2.2 Расчет параметров антенны с помощью программы MANNA.
1.Вводим геометрические размеры антенны:
Размеры несколько отличаются от предварительного расчета, так как была запущенна опция по оптимизации конфигурации антенны.
2.Внешний вид: J-образной антенны.
Рис.5
3.Результат расчета программы моделирования антенн MANNA
2. Распределение токов в антенне.
Рис.6
5. Диаграмма направленности излучения 2D.
Диаграмма направленности излучения 3D.
Вывод:
Проектировка « J-образной» антенны с помощью программы MANNA, показала, что расчет данной антенны может быть реализован для практического применения в диапазоне УКВ на частоте 100 Мгц. Данная антенна, имеет ряд преимуществ перед другими антеннами, такими как антенна типа Ground Plane, Диполь и других типов. Это простота изготовления не требующая использования дорогостоящих материалов. Легко настраивается в резонанс, что немаловажно. Антенна не требует специальной защиты от грозы, так как сама антенна в силу конструктивных и электромагнитных особенностей является громоотводом, так как нижний конец антенны заземлен. Имеет коэффициент усиления 0.25 Дб. Также эта антенна широко применяется в среде радиолюбителей и хорошо себя зарекомендовала. Из недостатков J-образной антенны является, однодиапазонность. Так как у антенны нет противовесов и что бы избежать потерь, антенна требует установки на большой высоте.
Список используемой литературы:
1. Богачков И. В. Электромагнитные поля и волны: Учеб. пособие. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 128 с.
2. Карл Ротхаммель «АНТЕННЫ» Том 2. 2005г.
3. Ресурсы интернета: www.radioscanner.ru