Министерство образования и науки РФ

Омский государственный технический университет

Кафедра «Средства связи с подвижными объектами»

Курсовая работа

«Разработка УКВ вещательной антенны»

Преподаватель:

Богачков И. В.

Выполнил:

Студент гр. ЗРП-416

Батяев А.А.

Омск-2010

Содержание:

Введение с.3

1. Теоретическая часть с.4

1.1. Общие сведения с.4

1.2. Основные параметры с.5

2. Практическая часть с.6

2.1. Разработка УКВ антенны с.6

2.2. Расчет УКВ антенны с.12

3. Заключение с.18 4. Список используемой литературы с.19

Введение.

В данной курсовой работе мы произведем расчет параметров антенны. Выберем тип и конфигурацию антенны, предназначенную для вещания сигнала в диапазоне метровых волн. Кратко опишем, что из себя, представляет само понятие Антенна. Основные параметры антенны, классификацию, диаграмму направленности и т.д. Так как расчет антенны будем производить с помощью программы МАNNA, опишем общие сведения этой программы. Сделаем вывод и рекомендации относительно результата расчета данной антенны.

1.Теоретическая часть.

1.1 Общие сведения.

Антенной называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн.

Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относятся системы радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиоуправления, радиорелейной связи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и др.

В конструктивном отношении антенна представляет собой провода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики.

Назначение антенны поясняется упрощенной схемой радиолинии. Электромагнитные колебания высокой частоты, модулированные полезным сигналом и создаваемые генератором, преобразуются передающей антенной в электромагнитные волны и излучаются в пространство. Обычно электромагнитные колебания подводят от передатчика к антенне не непосредственно, а с помощью линии питания (линия передачи электромагнитных волн, фидер). При этом вдоль фидера распространяются связанные с ним электромагнитные волны, которые преобразуются антенной в расходящиеся электромагнитные волны свободного пространства. Приемная антенна улавливает свободные радиоволны и преобразует их в связанные волны, подводимые с помощью фидера к приемнику. В соответствии с принципом обратимости антенн свойства антенны, работающей в режиме передачи, не изменяются при работе этой антенны в приемном режиме. Устройства, аналогичные антеннам, применяют также для возбуждения электромагнитных колебаний в различных типах волноводов и объемных резонаторов.

1.2. Основные параметры.

Свойства направленности антенны описывают характеристикой (диаграммой) направленности. Количественно эти свойства оценивают с помощью таких параметров, как ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков, коэффициент направленного действия (КНД) и других.

Важным параметром является входное сопротивление антенны, характеризующее ее как нагрузку для генератора или фидера. Входным сопротивлением антенны называется отношение напряжения между точками питания антенны (зажимы антенны) к току в этих точках. Если антенна питается волноводом, то входное сопротивление определяется отражениями, возникающими в волноводном тракте. В общем случае входное сопротивление – величина комплексная, оно должно быть согласовано с волновым сопротивлением фидерного тракта (или с выходным сопротивлением генератора) так, чтобы обеспечить в последнем режим, близкий к режиму бегущей волны.

Мощность, излучаемая антенной, связана с током в точках питания антенны соотношением, где – активная составляющая входного сопротивления антенны; при отсутствии потерь в ней – это сопротивление излучения. Данное определение относится к проволочным антеннам.

Одним из основных параметров антенны является ширина ее рабочей полосы частот, в пределах которой параметры антенны (характеристика направленности, входное сопротивление, КПД и др.) удовлетворяют определенным техническим требованиям. Требования к постоянству параметров антенны в пределах рабочей полосы могут быть различными, они зависят от условий работы антенны.

2. Практическая часть.

2.1. Разработка конфигурации УКВ радиовещательной антенны в диапазоне метровых волн 100-108 Мгц. Для выполнения технического задания, нам необходимо выбрать рабочую частоту для расчета антенны, выбрать поляризацию УКВ вещательной антенны, высоту установки, материалы.

Выбор рабочей частоты для расчета антенны.

Учитывая то, что антенна разрабатывается для вещательной радиостанции с фиксированной частотой, и эта частота будет использоваться на вещательном диапазоне 100-108Мгц. произвольно возьмем 100 Мгц. Длина волны данной частоты составляет 2.998 метра.

Выбор поляризации УКВ вещательной антенны.

В коротковолновой области поляризация вещательных антенн не играет особой роли, поскольку при распространении волн в ионосфере их первоначальная поляризация сохраняется лишь в исключительных случаях.

Иначе обстоит дело с метровыми и дециметровыми волнами. В нормальных условиях они не отражаются от ионосферы и распространяются по прямой. Вращение плоскости поляризации при распространении волн вдоль свободного пути в пределах теоретической возможной дальности прямой видимости - явление редкое. Однако при распространении волн в густо застроенной или гористой местности происходит более или менее значительное изменение первоначального состояния поляризации. Обычно в этих условиях вместо линейно поляризованных волн в точку приема приходят волны не строго вертикальной или горизонтальной поляризации, а с произвольной ориентацией плоскости поляризации относительно горизонта. С этой точки зрения на трассах с неблагоприятными условиями было бы выгоднее работать, например, с наклонной поляризацией под углом 45 градусов. С теоретической точки зрения вертикально поляризованное излучение передатчика не может приниматься антенной, рассчитанной на горизонтальную поляризацию. Но поскольку характеристики излучения реальных антенн никогда не соответствуют идеалу, считается, что в указанных случаях происходит ослабление сигнала всего на 20 дБ. Иначе говоря, в подобных условиях приемная антенна воспринимает лишь одну десятую часть напряженности поля в точке приема.

Широкое распространение получили антенны горизонтальной поляризации. Преимущество антенны круговой поляризации состоит в том, что она одинаково хорошо принимает линейно поляризованные волны с любой ориентацией плоскости поляризации. К сожалению, антенна круговой поляризации требует гораздо больших затрат, нежели антенна линейной поляризации. В диапазоне УКВ нетрудно сконструировать всенаправленную антенну с вертикальной поляризацией, так как любой вертикально расположенный полуволновый вибратор имеет в плоскости, перпендикулярной его оси (т. е. в горизонтальной плоскости), круговую диаграмму направленности. Такие антенны особенно часто используются при связи между мобильными и переносными радиостанциями. Учитывая вышеизложенные доводы, для вещательной антенны УКВ диапазона выбираем вертикальную поляризацию.

Выбор расчетной высоты установки УКВ вещательной антенны.

Применительно к строительной высоте УКВ и ДМВ антенн действует одно требование: делать их как можно выше. Поскольку высота антенны всегда приводится к рабочей длине волны, это условие легко выполняется. Обычная антенна должна возвышаться над ближайшими зданиями, линиями передач и другими препятствиями на 2 или 3 лямбда относительно рабочей длины волны.

Учитывая особенность высот зданий, ЛЭП и других объектов, также учитывая возможность максимального распространения радиоволны прямой видимости потенциальных слушателей вещательной радиостанции, расчетную установку антенны берем 50 метров.

Выбор оптимальной конфигурации УКВ вещательной антенны.

Для вещательной радиостанции самым важным параметром антенны является диаграмма направленности. В данном случае применим круговую диаграмму направленности. Круговая диаграмма необходима для того, чтобы как можно больше охватить потенциальных абонентов в радиусе города и за ее пределами.

Рис.1 Диаграмма направленности.

В УКВ вещательном диапазоне наибольшее распространение получили антенны с вертикальной поляризацией. Это связано с тем, что УКВ вещательные радиостанции широко используются для трансляции радиосигнала с подвижными объектами, а на автомобиле весьма сложно разместить, эффективную антенну горизонтальной поляризации. По той же причине в качестве базовых выбираются антенны с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, одинаково хорошо работающие в любом направлении. Наиболее широкое применение в этой группе получили антенны типа «J-образные» антенны. Антенны данного типа просты в изготовлении, не требуют дорогих материалов, легко настраивается и согласуется с выходным каскадом передатчика. Также данная антенна имеет коэффициент усиления порядка - +0,25 дБд.

Рис.2 Внешний вид.

Фото антенны в собранном и установленном виде.

Описание антенны.

Конструкция антенны проста, она легко настраивается и согласуется с фидером любого сопротивления. Антенна представляет собой вибратор длиной λ/2, запитанный с конца через согласующее устройство, выполненное в виде четвертьволновой открытой линии, замкнутой на нижнем конце. Высокое входное сопротивление полуволнового вибратора при питании с конца (несколько кОм) легко трансформируется к сопротивлению кабеля путем выбора расстояния от точки питания до замкнутого конца линии. Использование в качестве трансформатора открытой линии обеспечивает малые потери при больших коэффициентах трансформации. Усиление J-антенны - +0,25 дБд, т.е. слегка превосходит усиление диполя за счет излучения двухпроводной линии. Вертикальная «J-антенна» из-за неполной симметрии имеет небольшое излучение с горизонтальной поляризацией.