Спроектировать приемную антенну

МИНИСТЕРСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ И НАУКЕ

 РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет»

 

          Кафедра: Средства связи и информационная безопасность

 

Специальность:  210402

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

на тему: Спроектировать приемную антенну

 

по дисциплине: Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства

 

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                   

              

                                          Проверил: к.т.н. доцент Богачков И.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Омск - 2014

 

ГОУ ВПО «Омский Государственный Технический университет»

 

Кафедра:    Средств связи и информационная безопасность

Специальность: Средства связи с подвижными объектами

 

 

Задание

на курсовое проектирование

по дисциплине: Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства

Студент: Черемных Юрий Алексеевич ___________________группа ЗРП-410

1. Тема курсовой работы: Спроектировать приемную антенну______________
2. Срок сдачи студентом законченной работы:  до    04.2014 г.______________

3. Исходные данные  к курсовой работе:  ТВ 6…12 (КВ); Zв (ЛП) = 75 Ом; параметры оптимизации: равномерность ЧХ    _________________________

__________________________________________________________________

4. Содержание курсовой работы: пояснительная записка_________________

4.1 Разделы пояснительной записки (перечень  подлежащих разработке вопросов):Введение; выбор конструкции антенны; расчет элементов антенны; оптимизация параметра (равномерность ЧХ);__________________

(Типовые страницы: титульный лист, задание, аннотация, содержание, заключение, список литературы, приложения).__________________________

__________________________________________________________________

4.2.  Перечень  графического материала:

        П1 Диаграмма направленности ___________________________________

          П2  Графики F/KCB/Ga/Z;________________________________________

5. Основная рекомендуемая литература:

1) Горощеня А.Б., Богачков И.В. Элементы  теории антенн: Учебное пособие. – Омск; Из-во ОмГТУ, 2002.-88 с._____________________________________

2) Долуханов М.П. Распространение радиоволн: Учебник для вузов. – М.: Связь, 1972. - 336 с._________________________________________________

__________________________________________________________________

6. Дата выдачи задания:  11.2013 г.____________________________________

Зав кафедрой: ______________________________________________________

                                                                                        (подпись, дата)

Руководитель: к.т.н. доцент  Богачков И.В. _____________________________

                                                                                        (подпись, дата)

Студент:                                 Черемных Ю.А._____________________________

                                                                                        (подпись, дата)

 

Содержание

 

1. Введение ______________________________________________________5

2. Выбор конструкции антенны _____________________________________7

3. Расчет ________________________________________________________12

4. Оптимизация параметра равномерность ЧХ_________________________17

5. Заключение ___________________________________________________18

6. Список литературы _____________________________________________19

Приложение:

1.Диаграмма направленности 

2. Графики F/KCB/Ga/Z

 

 

Аннотация

В данной курсовой работе производится выбор и расчет приемной антенны предназначенной для приема ТВ   6…12 каналов в УКВ диапазоне  частот при Zв (ЛП) = 75 Ом. Рассчитываемая антенна оптимизируется по  параметру равномерность АЧХ.

Приемная антенна должна удовлетворять требованиям по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям.

Также в данной курсовой работе используется программа ММАNА для моделирования приемной антенны, позволяющая автоматически рассчитывать типы согласующих устройств, гибко настраивать цели и параметры оптимизации.

 

1 Введение

Приемными антеннами называют одиночные провода или систему проводов (трубок, полосок и т. п.), предназначенных для улавливания из пространства энергии электромагнитных волн и преобразования ее в энергию токов высокой частоты. Приемную антенну следует считать важнейшим составным элементом телевизора. Чтобы оценить значение антенны, достаточно сказать, что самый совершенный телевизионный приемник не в состоянии воспроизвести изображение, если он работает совместно с неправильно изготовленной или плохо установленной антенной.

Приемные телевизионные антенны характеризуются следующими параметрами: входное сопротивление; коэффициенты усиления, направленного действия, бегущей волны, полезного и защитного действий; диаграмма направленности; полоса пропускания; действующая длина. Эти параметры являются основными. Почти каждый тип приемных антенн может характеризоваться еще рядом дополнительных показателей. Поэтому рассмотрим только наиболее важные.

Коэффициент усиления - величина, показывающая, во сколько раз напряжение или мощность, развиваемые в антенне принимаемыми сигналами, при прочих равных условиях больше напряжения или мощности, развиваемых полуволновым вибратором (эталонная антенна).

Диаграмма направленности показывает, как антенна принимает сигналы с разных направлений в горизонтальной и вертикальной плоскостях, и характеризует зависимость ЭДС, наведенной в антенне электромагнитным полем, от направления прихода сигнала.

Для численной оценки направленных свойств антенны пользуются понятиями угла раствора основного лепестка диаграммы направленности и уровня задних и боковых лепестков. Углом раствора основного лепестка диаграммы направленности называется угол, в пределах которого ЭДС на клеммах антенны снижается до уровня 0,707 от максимальной.

Коэффициент защитного действия (КЗД) характеризует способность не принимать сигнал с заднего направления. КЗД выражается отношением мощности сигнала, принятого с главного направления, к мощности сигнала, принятого с заднего направления, при одинаковой напряженности поля обоих сигналов.

Элементы антенны "Волновой канал", которые будут рассмотрены ниже, расположены в пространстве горизонтально, и такая антенна используется для приема сигналов с горизонтальной поляризацией, когда вектор напряженности электрического поля Е также горизонтален. Для приема сигналов с вертикальной поляризацией антенна должна быть повернута на 90° так, чтобы ее элементы стали вертикальными.

 

2 Выбор конструкции антенны. 

Антенны широко используются в современной военной, специальной и бытовой технике. Все антенные вводы телеприемников рассчитаны на подключение коаксиального радиочастотного кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

Важнейшей характеристикой, определяющей качество изображения и чистоты звукового сопровождения, является чувствительность. В диапазоне MB чувствительность канала изображения должна быть не хуже 100 мкВ, а в диапазоне ДМВ - не хуже 500 мкВ. Для современных телевизоров чувствительность звукового сопровождения в диапазоне MB должна быть не хуже 50 мкВ, а в диапазоне ДМВ - не хуже 200 мкВ.

Не менее важным электрическим параметром является избирательность, которая характеризуется способностью ослаблять сигналы помех вне рабочей полосы частот. Избирательность при настройке от несущей частоты изображения принимаемого канала на 1,5 МГц должна быть не хуже 40 дБ (100 раз), на 3,5 МГц - 40 дБ, на 6,5 МГц - 36 дБ, на 8 МГц - 40 дБ,

От качества изготовления антенн зависят также такие параметры, как контрастность и максимальная яркость. Величина контрастности зависит от размеров взаимного удаления темных и светлых элементов изображения. В общем случае контрастность должна быть не хуже 80:1 и выше. Максимальная яркость свечения определяется как яркость наиболее светлых крупных участков телеизображения, она может составлять до 100 кд/м 2.

Диапазон воспроизводимых звуковых частот должен находиться в пределах от 80 до 12 500 Гц.

В данной курсовой работе используем телевизионную антенну УКВ МВ для приема телепрограмм с 6-го по 12-й канал, которая по принятой классификации относится к антеннам типа "волновой канал".

  Антенны типа "Волновой канал" получили наибольшее распространение, как в системах коллективного приема, так и в индивидуальном приеме. Это связано с тем, что они обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах. В зарубежной литературе антенну "Волновой канал" называют антенной Уда-Яги - по имени впервые описавших ее японских изобретателей.

     Антенны типа "Волновой  канал" состоят из активного  вибратора (обычно это петлевой  вибратор), рефлектора и ряда директоров, расположенных на общей несущей  стреле параллельно друг другу.

Вибратор элементов антенны определенной длины, находящийся в электромагнитном поле сигнала, резонирует на частоте сигнала, и в нем наводится ЭДС. В каждом из пассивных элементов также наводится ЭДС, и они переизлучают вторичные электромагнитные поля. Эти вторичные поля, в свою очередь, наводят дополнительные ЭДС в вибраторе. Размеры пассивных элементов и их расстояния от вибратора должны быть выбраны такими, чтобы дополнительные ЭДС наведенные в вибраторе вторичными полями, были в фазе с основной ЭДС, наведенной в нем первичным полем. Тогда все ЭДС будут складываться арифметически, обеспечив увеличение эффективности антенны по сравнению с одиночным вибратором. Для этого рефлектор делается немного длиннее вибратора, а директоры - короче. Симметричное расположение элементов антенны относительно направления на передатчик, создает условия для сложения наведенных ЭДС в вибраторе только для сигнала, приходящего с главного направления. Сигналы, приходящие под углом к главному направлению, создают в вибраторе ЭДС, сдвинутые по фазе относительно основного, и поэтому складываются алгебраически так, как складываются векторы. Их векторная сумма получается меньше арифметической. Сигнал же, приходящий с заднего направления, создает в вибраторе наведенные ЭДС, противофазные основной, и они вычитаются. Таким образом, обеспечивается направленное свойство антенны, формируется узкая диаграмма ее направленности, что соответствует увеличению коэффициента усиления.

В нашей курсовой работе применяется семиэлементная антенна типа "Волновой канал"

На рисунке 1 приведена конструкция семиэлементной антенны типа "Волновой канал" с двойным рефлектором. Расстояние А между элементами рефлектора по вертикали необходимо выбирать следующим: для каналов 1...5 - 800 мм, для каналов 6…12 - 550мм

     Усилению излучения  антенны в главном направлении  способствуют директоры, которые  возбуждаются, как и рефлектор, под  воздействием электромагнитного  поля, наводимого активным вибратором. Для сложения полей директоров  необходимо, чтобы в каждом последующем вибраторе ток отставал по фазе на такой же угол, на какой отстает волна, распространяющаяся в пространстве, что также достигается соответствующим подбором расстоянии между директорами и их размеров. Максимальная концентрация излучения в главном направлении получается обычно при постепенном уменьшении длин директоров в направлении от активного вибратора.

      Такое расположение  директоров и их конструкция  способствуют тому, что электромагнитная  волна, возбуждаемая активным вибратором, распространяется главным образом вдоль оси антенны, что и послужило основанием для ее названия - "Волновой канал".

Рисунок 1 Семиэлементная антенна типа «волновой канал»

 

Семиэлементная антенна типа «волновой канал» (рис.1) предназначена для приема телесигналов в радиусе действия мощной передающей станции до 100 км (оптимальное расстояние 60—70 км). Устанавливается антенна в местности, где много индустриальных и других электромагнитных помех, а также отраженных сигналов.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............ 8 дБ

КБВ. .......................... 0,6—0,75

рабочая частота ................. 50—230 МГц

входное сопротивление антенны ... 32 Ом входное сопротивление активного

вибратора антенны ............. 292 Ом

волновое сопротивление фидера. .... 75 Ом

неравномерность коэффициента усиления...................... 1 дб

номера рабочих каналов .......... 1—12-й, 6—12-и

количество принимаемых программ на один типоразмер антенны. ... 1 или 6

помехозащищенность. ............. -(16...26) дБ

угол раствора главного лепестка диаграммы направленности ...... 45°

Антенна имеет один вибратор, расположенный на конце стрелы (рефлектор), активный вибратор Пистолькорса и пять неразрезных вибраторов (директоров). Все вибраторы укрепляются параллельно друг другу на горизонтальной стреле, создавая антенную систему «волновой канал». Петлевой вибратор Пистолькорса крепится в точке нулевого потенциала. В качестве согласующе-симметрирующей системы применен отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом в виде полуволнового U-образного колена. Входное сопротивление петлевого вибратора 292 Ом.

Изготавливается антенна, как правило, из металлических трубок с тонкими стенками диаметром 8—30 мм. Мачта и стрела могут быть сделаны из металлической трубки или из деревянного бруска (рейки). Сечение бруска должно обеспечивать прочность конструкции и жесткость. Наилучшее конструктивное решение достигается в сварном варианте, когда все вибраторы жестко приварены к центральной несущей стреле в точках равновесия, а стрела с вибраторами приварена к вертикальной мачте в точке тяжести.