Устройства сверхвысокой частоты и антенны
Круговая диаграмма Вольперта-Смита и ее использование для расчета входных сопротивлений линий передачи и сопротивлений их нагрузок, а также коэффициента бегущей волны или коэффициента отражения. Нахождение простейшей антенны симметричного вибратора.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 21.04.2020 |
Размер файла | 1,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Курсовая работа по дисциплине:
"Устройства сверхвысокой частоты и антенны"
Выполнил студент: Шмаль Сергей Сергеевич
Преподаватель: Кондратьева Светлана Геннадьевна
Москва 2019
Введение
При расчёте линий передачи часто приходится определять входное сопротивление линии, нагруженной известным по величине сопротивлением, производить расчет эквивалентного сопротивления линии из одного сечения в другое, рассчитывать параметры элементов согласованной линии передачи с нагрузкой и для таких расчетов могут быть использован формулы, полученные в теории длинных линий. Однако указанные вычисления часто оказываются громоздкими и утомительными.
Расчеты, связанные с определением параметров, характеризующих режим работы линии передачи, могут быть значительно упрощены путем использования круговых диаграмм. Наибольшее практическое применение получили диаграмма Вольперта-Смита. Эта диаграмма представляет собой графическое изображение основных соотношений из теории линий передачи, удобное для быстрого и достаточно точного решения многих задач.
Круговая диаграмма Вольперта - Смита используется для расчета входных сопротивлений линий передачи и сопротивлений их нагрузок, а также коэффициента бегущей волны или коэффициента отражения.
В данном курсовом проекте рассматриваются практические задачи по расчёту согласования линии передачи с использованием диаграммы Вольперта-Смита, нахождению простейшей антенны симметричного вибратора, и отношений токов симметричных вибраторов различной длины при одинаковой мощности излучения.
Исследование и согласование линий передачи
Задача 1.
Пусть линия с волновым сопротивлением нагружена на активное сопротивление (или реактивное сопротивление ). Нарисовать графики эпюр распределения амплитуд напряжения и тока вдоль линии, указав точное расположение их пучностей и узлов относительно нагрузки и соотношение амплитуд в них. С помощью круговой диаграммы полных сопротивлений Вольперта-Смита определить в линии передачи и входное сопротивление отрезка нагруженной линии длиной .
Исходные данные к задаче 1
Вариант |
Нагрузка |
Отрезок линии |
|
21 |
Решение
Сопротивление нагрузки в общем виде:
где - активное сопротивление; - реактивное сопротивление.
Находим нормированное значение сопротивления нагрузки:
где - волновое сопротивление линии.
По условию задания , следовательно, нормированное значение сопротивления: сопротивление антенна вибратор
Таким образом
На диаграмме Вольперта-Смита находим точку, соответствующую значениям и (рис. 1.1).
Рис. 1.1 - Круговая диаграмма с найденными величинами
Так как нормирующее значение активного сопротивления , то
Расстояние от нагрузки до узла:
По диаграмме определяем точку входного сопротивления отрезка нагруженной линии (рис. 1.1) для указанного в условии значения . Для этого из действительной оси (точка активного сопротивления 1,0 является центром) поворачиваем по внешней шкале по часовой стрелке на относительное расстояние и находим точку пересечения окружности с отложенной прямой. Данная точка является точкой входного сопротивления:
Аналитическое решение задачи:
где ;
Таким образом:
Рис. 1.2 - Графики эпюр распределения амплитуд напряжения и тока вдоль лини
Задача 2.
Пусть линия с волновым сопротивлением нагружена на комплексное сопротивление . С помощью круговой диаграммы полных сопротивлений Вольперта-Смита определить, на каком расстоянии от нагрузки необходимо включить четвертьволновый трансформатор для согласовании нагрузки с линией передачи, а так же волновое сопротивление этого трансформатора.
Исходные данные к задаче 2
Вариант |
Комплексное сопротивление нагрузки |
|
21 |
Решение
Сопротивление нагрузки в общем виде:
где - активное сопротивление; - реактивное сопротивление.
Находим нормированное значение сопротивления нагрузки:
где - волновое сопротивление линии.
В соответствии с исходными данными определяем нормированные значения сопротивления:
На диаграмме Вольперта-Смита находим точку, соответствующую значениям и (рис. 2.1).
Рис. 2.1 - Круговая диаграмма с найденными величинами
По диаграмме полных сопротивлений определим точку включения трансформатора:
Волновое сопротивление трансформатора найдём по формуле:
Исследование и согласование симметричного вибратора
Задача 3.
К симметричному цилиндрическому вибратору с относительной длиной и волновым сопротивлением подведена питающая двухпроводная линия с волновым сопротивлением . Выполнить согласование вибратора с линией передачи с помощью четвертьволнового трансформатора. Определить относительное расстояние от вибратора до трансформатора, а так же волновое сопротивление этого трансформатора.
Исходные данные к задаче 3
Вариант |
Электрическая длина вибратора, |
Волновое сопротивление вибратора, |
Волновое сопротивление линии, |
|
13 |
1,25 |
100 |
150 |
Решение
Активная и реактивная составляющие входного сопротивления симметричного вибратора длины вблизи резонанса определяются по формулам:
где - сопротивление излучения вибратора, определяемое по графику (рис. 3.1);
- фазовый коэффициент; - длина волны в линии передачи, ;
где - волновое сопротивление вибратора, Ом; - радиус поперечного сечения вибратора.
Сопротивление излучения определяем по графику (рис. 3.1).
Рис. 3.1 - Сопротивление излучения электрического вибратора
Для длины вибратора , т.е. для определяем по графику (рис. 3.1):
Подставляем данные в формулы (1) - (2):
Запишем входное сопротивление в комплексном виде:
Осуществляем нормировку входного сопротивления к волновому сопротивлению:
Для решения задачи согласования входного сопротивления вибратора с двухпроводной линией воспользуемся круговой диаграммой полных сопротивлений (рис. 3.2).
Рис. 3.2 - Круговая диаграмма с найденными величинами
На круговой диаграмме находим точку, соответствующую нормированному сопротивлению нагрузки:
Из диаграммы следует, что такая нагрузка обеспечивает в линии .
Далее по окружности равного движемся из найденной точки в сторону генератора до пересечения с линией . При этом относительная длина пройденного пути составляет:
Точка пересечения линии равного с линией соответствует активной нагрузке, равной .
Для согласования волнового сопротивления линии с активной нагрузки с помощью четвертьволнового трансформатора необходимо выбрать волновое сопротивление трансформатора из условия:
Итак, согласующий трансформатор должен быть подключен в сечении линии, отстоящем от нагрузки на электрическом расстоянии и иметь волновое сопротивление
Задача 4.
Определить во сколько раз необходимо изменить мощность генератора для того, чтобы при замене вибратора длины на вибратор длины получить прежнее значение интенсивности излучения в направлении максимума ДН. При расчётах рассогласованием вибраторов с питающей линией пренебречь.
Исходные данные к задаче 4
Вариант |
Электрическая длина 1-го вибратора |
Электрическая длина 2-го вибратора |
|
21 |
0,25 |
1,50 |
Изменение мощности антенны определяется следующим образом:
где значение КНД вибраторов различной длины может быть взято из графика:
По графику (4.1) при ,25, т.е. для находим , а при , т.е. для находим .
Следовательно
Рис. 4.1 - КНД симметричного вибратора
Мощность генератора необходимо изменить в:
Заключение
Использование круговой диаграммы полных сопротивлений и проводимостей в значительной степени упрощает вычисления, связанные с расчётом характеристик регулярных линий передачи и даёт достаточно точные результаты.
Для установления в линиях передачи режима бегущих волн необходимо произвести согласование линии передачи с нагрузкой. Основными методами такого согласования являются:
Метод трансформаторных и автотрансформаторных схем
Метод непосредственного подбора волнового сопротивления линий передачи
Метод четвертьволновых трансформаторов или вставок
Метод реактивных шлейфов
Метод ступенчатых и экспоненциальных переходов
Использование всех вышеперечисленных методов может быть реализовано с использованием круговых диаграмм полных сопротивлений и проводимостей или диаграмм Вольперта-Смита.
Список литературы
1. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.Л., Пономарёв Л.И. Устройства СВЧ (Линии передачи СВЧ): Учеб пособие - М.: Изд-во МАИ, 1992.
2. Витко А.В., Воронин Е.Н., Семенов А.И., Трофимова Т.А. Учебное пособие к практическим занятиям по исследованию параметров СВЧ устройств. - М.: МАИ, 1986.
3. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для радиотехнич. спец. вузов. - М.: Высш, шк., 1988.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет характеристик антенны бегущей волны (антенны Бевереджа), используемой в КВ диапазоне. Работа антенны бегущей волны, ее зависимость от качества заземления. Схема подключения "земляных" проводов. Конструктивное выполнение антенны, ее нагрузка.
реферат [183,5 K], добавлен 17.04.2011Теоретические сведения об антенне. Аналитический расчет синтезируемой антенны. Расчет согласующего устройства. Количество вибраторов в этаже антенны. Длина короткозамкнутых шлейфов, компенсирующих реактивную составляющую входных сопротивлений вибраторов.
курсовая работа [752,1 K], добавлен 10.01.2016Конструкция антенны и схема питания. Расчет диаграммы направленности и коэффициента усиления антенны. Расчет дальности приема на всех каналах. Определение входного сопротивления и коэффициента стоячей волны. Расчет низкочастотного фильтра прототипа.
курсовая работа [644,3 K], добавлен 06.01.2012Создание модели антенны и оптимизация ее конструкции. Свойства антенны горизонтальной поляризации с учетом свойств поверхности земли в направлении максимального КНД и влияние диаметра проводников симметричного вибратора на рабочую полосу частот.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.02.2016Характеристика основных составляющих элементов антенны: активного полуволнового вибратора, рефлектора и директора. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа "Волновой канал". Применение и принцип работы петлевого вибратора Пистолькорса.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 09.02.2012Основные соотношения, выбор рабочего типа волны и фидера. Описание конструкции антенны и АФР на ее раскрыве. Расчет параметров геометрических и электрических характеристик антенн круговой поляризации. Результаты численного моделирования антенны.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 20.05.2011Общая характеристика, принцип работы и схематическое изображение логопериодической антенны. Геометрический расчет коэффициента направленного действия и рабочего интервала частот антенны. Проектирование конструкции антенны с помощью программы MMANA.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.10.2011Расчет геометрических параметров и значений амплитудного распределения фазированной антенной решётки. Выбор излучателя антенны и расчет параметров её волновода и пирамидального рупора. Определение коэффициента отражения, диаграмма направленности антенны.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 22.11.2015Геометрические параметры антенны. Определение оптимального сопротивления активного вибратора. Определение расстояний между вибраторами. Построение диаграммы направленности антенны. Расчет коэффициента направленного действия и входного сопротивления.
курсовая работа [177,3 K], добавлен 24.10.2013Общие сведенья о многовибраторной синфазной решетке. Структура антенны с настраиваемым и апериодическим рефлектором. Расчет коэффициента направленного действия. Использование симметрирующе-согласующиго устройства. Расчет входного сопротивления антенны.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 26.05.2010