Elementariųjų simetrinių ir strypinių antenų charakteristikų analizė

Darbo tikslas Susipažinti su elementariosiomis plataus kryptingumo antenomis. Išnagrinėti dviejų pagrindinių tipų elementariųjų antenų – simetrinės ir strypinės – charakteristikas. Išmokti modeliuoti antenų parametrus paketu „CST Microwave Studio“. Darbo eiga 1.Šio laboratorinio darbo metu pasinaudosime dviem antenų modeliais: simetrinės antenos modelis ir vertikaliojo strypo modelis. 2.Atsidarėme simetrinio pusės bangos ilgio vibratoriaus modelį\SIMETR\pusbanginis.mod. Apžiūrėjome konstrukciją iš priekio, iš viršaus, iš kairės pusės ir iš aksonometrijos. 1 pav. Vaizdas aksonometrijoje Apžiūrėjome antenos maitinimo signalo pajungimo būdą. Atkreipėme dėmesį, kad maitinimo šaltinio charakteringoji varža „Reference impedance“ lygi 73 .Tokia varža parinkta todėl, kad perduodant signalus televizijoje bei radijoje dažniausiai ir panaudojama tokia varža. 3.Modeliavimo monitorių nustatymas. Paketo lango pusėje „Field Monitors“ ištrynėme nereikalingus monitorius ir pridėjome reikalingus taip, kad galėtume tirti elektrinį, magnetinį laukus ir paviršines sroves bei elektromagnetinį lauką tolimojoje zonoje kai dažniai lygūs 100 MHz, 400 MHz, 900 MHz, 1200 MHz, 1800 MHz ir 3000 MHz. Šiam laboratoriniam darbui atlikti pasinaudojome įprastine „Transient Solver“ skaičiavimo programa. 4.Atskleidėme meniu „1D Results“ – „|S| dB“. Gavome įėjimo prievado įtampos atspindžio koeficiento priklausomybę nuo dažnio. Pastebėjome du rezonansinius dažnius, kuriuos patogu išmatuoti jau žinomais būdais uždėjus ant grafiko matavimo linijas. Gavome tokį grafiką: 2 pav. Parametro S1,1 priklausomybė nuo dažnio su uždėtomis matavimo linijomis 5. Apžiūrėjome trimačius elektrinio, magnetinio laukų ir paviršinių srovių modeliavimo rezultatus. 3 pav. Elektrinis laukas kai dažnis lygus 900 MHz 4 pav. Magnetinis laukas kai dažnis lygus 900 MHz 5 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 6 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 100 MHz 400 MHz 7 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 8 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 900 MHz 1200 MHz 9 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 10 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 1800 MHz 30000 MHz Iš gautų paveikslų matome, kad simetrinės antenos modelyje paviršinių srovių tankiai, didėjant dažniui, didėja. Dažniui pasiekus 1800 MHz paviršinės srovės išsisklaido ir jų tankiai vėl didėja. 6. Apžiūrėjome elektrinio lauko tolimojoje zonoje matavimo rezultatus. Apžiūrėjome antenų kryptingumo diagramas. Kryptiškumo diagramų peržiūra gali būti nagrinėjama įvairiais vaizdais. Šiame laboratoriniame darbe pasinaudosime dviem peržiūros būdais: trimačiu (3D). Apžiūrėjome visų dažnių modeliavimo rezultatus, kai dažnis lygus 900 MHz, 1800 MHz ir 3000 MHz. Pateikėme gautus paveikslus: 11 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis 12 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 900 MHz lygus 1800 MHz 13 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 3000 MHz Taigi iš gautų paveikslų matome, kad priklausomai nuo dažnio keičiasi antenų kryptingumo diagramos. Esant dažniui 900 MHz kryptiškumo diagrama nedaug prispausta iš šonų, yra beveik apskritimo formos. Esant dažniui 1800 MHz kryptiškumo iagrama tampa elipsoidės formas. Psiekus dažnį 3000 MHz kryptiškumo diagramos kitimas jau kitoks, keičiasi pagal Y ašį. 7. Pakeitėme vaizdų peržiūros būdą į polinį. Išnagrinėjome kryptingumo diagramas poliniame vaizde, kai dažniai lygūs 900 MHz, 1800 MHz ir 3000 MHz. 14 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis 15 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 900 MHz lygus 1800 MHz 16 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 3000 MHz Iš gautų kryptiškumo diagramų matome, kad kintant dažniui kinta lapelių forma. Esant dažniui 1800 MHz lapeliai yra apskritimo formos, o dažniui pasiekus 3000 MHz lapelių forma labai pasikeičia. 8. Kryptingumo diagramų rezultatų apdorojimas. Skaitiniai kryptingumo diagramos rezultatai matomi 15-20 paveikslų apačioje. Pasinaudojome dviem parametrais: „Main lobe magnitude“ – pagrindinio lapelio amplitudė, ir „Angular width (3 dB)“- kryptingumo diagramos plotis – 3 dB lygyje. Rezultatus surašėme į 1 lentelę. 1 lentelė. Kryptingumo diagramos skaitiniai rezultatai Dažnis f, MHz Pagrindine kryptingumo lapelio amplitude, dBi Kampinis plotis -3dB lygyje 100 -20,5 89,7 400 -0,6 87,4 900 1,8 78,3 1200 2,6 69,4 1800 3,8 48,9 3000 3,8 33,6 9. Nubraižėme priklausomybės kaip kinta pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudė, dBi nuo dažnio f, ir kaip kampinis plotis–3 dB lygyje, laipsniais, nuo dažnio f. 17 pav. Pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudės priklausomybė nuo dažnio 18 pav. Kampinio pločio-3 dB lygyje priklausomybė nuo dažnio 10. Vertikaliojo strypo modelis. Atsidarėme strypinės antenos modelį. 19 pav. Strypinės antenos konstrukcija aksonometrijoje 11. Atskleidėme meniu „1D Results” -> “|S| dB”. Gavome įėjimo prievado įtampos atspindžio koeficiento priklausomybę nuo dažnio. Patebėjome du rezonansinius dažnius, kuriuos patogu išmatuoti jau žinmais būdais uždėjus ant grafiko matavimo linijas. Gavome tokį grafiką: 20 pav. Parametro S1,1 priklausomybe nuo dažnio su uždetomis matavimo linijomis 12. Apžiūrėjome trimačius elektrinio, magnetinio laukų ir paviršinių srovių modeliavimo rezultatus vertikaliojo strypelio modelyje. 21 pav. Elektrinis laukas kai dažnis 22 pav. Magnetinis laukas kai dažnis lygus 900 MHz lygus 900 MHz 23 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 24 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 100 MHz 400 MHz 25 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 26 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 900 MHz 1200 MHz 27 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 28 pav. Pavirinės srovės kai dažnis lygus 1800 MHz 30000 MHz Iš gautų paveikslų matome, kad strypinės antenos modelyje paviršinių srovių tankiai, didėjant dažniui, didėja. Dažniui pasiekus 1800 MHz paviršinės srovės išsisklaido ir jų tankiai vėl didėja. 13. Apžiūrėjome elektrinio lauko tolimojoje zonoje matavimo rezultatus. Apžiūrėjome antenų kryptingumo diagramas. Kryptiškumo diagramų peržiūra gali būti nagrinėjama įvairiais vaizdais. Šiame laboratoriniame darbe pasinaudosime dviem peržiūros būdais: trimačiu (3D) ir poliniu (Polar). Pirmiausia pasirinkome trimatį būdą (3D). Apžiūrėjome visų dažnių modeliavimo rezultatus, kai dažnis lygus 900 MHz, 1800 MHz ir 3000 MHz. Pateikėme gautus paveikslus: 29 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis 30 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 900 MHz lygus 1800 MHz 31 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 3000 MHz Iš gautų grafikų matome, kad šiuo atveju gavome kitokias kryptiškumo diagramas. Kryptiškumo diagramos gavosi tik tai vienoje pusėje Z ašies atžvilgiu, o kitimas diagramų yra toks pat kaip ir išnagrinėtame simetrinės antenos modelyje. 14. Pakeitėme vaizdų peržiūros būdą į polinį. Išnagrinėjome kryptingumo diagramas poliniame vaizde, kai dažniai lygūs 900 MHz, 1800 MHz ir 3000 MHz. 31 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis 32 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 900 MHz lygus 1800 MHz 33 pav. Kryptingumo diagrama kai dažnis lygus 3000 MHz Iš gautų kryptiškumo diagramų matome, kad kintant dažniui kinta lapelių forma. Nagrinėjant strypinės antenos modelį kryptingumo diagamoje gaunama tik pusė lapelių formos. Esant dažniui pasiekus 3000 MHz lapelių forma pasikeičia. 15. Kryptingumo diagramų rezultatų apdorojimas. Skaitiniai kryptingumo diagramos rezultatai matomi 15-20 paveikslų apačioje. Pasinaudojome dviem parametrais: „Main lobe magnitude“ – pagrindinio lapelio amplitudė, ir „Angular width (3 dB)“- kryptingumo diagramos plotis – 3 dB lygyje. Rezultatus surašėme į 1 lentelę. 2 lentelė. Kryptingumo diagramos skaitiniai rezultatai Dažnis f, MHz Pagrindine kryptingumo lapelio amplitude, dBi Kampinis plotis -3dB lygyje 100 -12 45 400 2 43,8 900 5,5 38,9 1200 5,6 34,4 1800 6,8 23,9 3000 6,8 32,3 16. Nubraižėme priklausomybės kaip kinta pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudė, dBi nuo dažnio f, ir kaip kampinis plotis–3 dB lygyje, laipsniais, nuo dažnio f. 34 pav. Pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudės priklausomybė nuo dažnio 35 pav. Kampinio pločio-3 dB lygyje priklausomybė nuo dažnio Atsakymai į kontrolinius klausimus: 1. Simetrinė antena nuo strypinės antenos skiriasi spinduliavimo kryptimis. Simetrinės antenos spinduliuoja sferines bangas ir turi fazinį centrą, sutampantį su antenos centru. Simetrinė antena, kaip ir elektinis dipolis, kryptiška tiktai meridianinėje (elektrinėje) plokštumoje. Strypelinės antenos charakteristikų skaičiavimams taikomas veidrodinių atspindžių metodas. Strypelinės antenos kryptiškumo diagrama erdvėje sutampa su dvigubai ilgesnės simetrinės antenos kryptiškumo diagrama. Strypelinės antenos spinduliuojama galia, spinduliavimo varža bei įejimo varžos yra dvigubai mažesnės už atitinkamus simetrinės antenos parametrų. 2. Antenų kryptingumo diagramas įmanoma susiaurinti arba praplėsti padidinant arba sumažinant antenų ilgį. Nuo to priklausys antenos ilgis ir kis kryptingumo charakteristika. 3. Parinkus anteną mobiliajam telefonui rinkčiausi siaurą kryptingumo diagramą. 4. Antenos stiprinimo koeficientas (gain) – parametras, apibūdinantis kiek kartų realios antenos išspinduliuojamas galios tankis, maksimalaus spinduliavimo kryptimi, yra didesnis už idealios (be nuostolių) izotropinės antenos išspinduliuojamas galios tankį, kai į abi antennas paduodami tokios galios signalai. 5.Antenos su idealiu stiprinimo koeficientu yra naudojamos ryšio atstumams didinti. Nagrinėjamų antenos stiprinimo koeficientas gali būti vidutiniškai 2-9 dB. Antenos stiprinimo koeficientas priklauso nuo bangos ilgio, antenos spinduliuojamos galios, nuo to, kokiam nuotoliui taikomos antenos, tai yra kokiu atstumu užtikrinamas ryšys. 6.Nagrinėjamų antenų (simetrinė antena ir strypnės antenos) banginės varžos buvo 75 Omų eilės. Ši nagrinėjamų antenų banginė varža derinasi su koaksialinių linijų bangine varža, kurioje taip pat yra naudojamos 75 Omų varžos. 7. Korektiškai nesimetrinį koaksialinį kabelį prie simetrinės antenos galime prijungti panaudojus specialius simetrinimo įtaisus. Simetrinimas yra vykdomas užtvėrimo, Kompensavimo arba kombinavimo principais (būdais) veikiančiais simetrinimo įtaisais. 8. Strypelinės antenos idealūs matmenys, palyginus su perduodamos bangos ilgiu yra l

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!