Elementariųjų simetrinių ir strypinių antenų charakteristikų tyrimas

Elementariųjų simetrinių ir strypinių antenų charakteristikų tyrimas Laboratorinio darbo Nr. 5 ataskaita Atliko: KT – 5/1 gr. st. Data: 2008 04 17 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“. Simetrinės antenos konstrukcijos paveikslai. 1 pav. Simetrinės antenos atvaizdas iš šono. 2 pav. Simetrinės antenos atvaizdas iš galo. 1-2 pav. matomas raudonas elementas, esantis simetrinės antenos centre, tai antenos maitinimo šaltinis.. Parametro S1,1 priklausomybė nuo dažnio pagal šio aprašymo 9 punktą. 3 pav.Parametro S1,1-( įėjimo prievado įtampos atspindžio koeficiento) priklausomybė nuo dažnio. Iš 3 pav. matyti, kad išmatuoti rezonansiniai dažniai yra 910,54 MHz ir 2760,4 MHz. Trimačiai elektrinio, magnetinio laukų ir paviršinių srovių modeliavimo rezultatai pagal aprašymo 10 punktą. 4 pav. Elektrinio lauko struktūra, kai signalo dažnis lygus 900 MHz 5 pav. Magnetinio lauko struktūra, kai signalo dažnis lygus 900 MHz 6 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 100 MHz 7 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 400 MHz 8 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 900 MHz. 9 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 1200 MHz. 10 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 1800 MHz. 11 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 3000 MHz Iš 4-11 pav. matyti kaip pasiskirsto paviršinės srovės simetrinės antenos paviršiuje. Kaip kinta jų pasiskirstymas didėjant signalo dažniui. Iš jų taip pat galima spręsti, kad didėjant signalo dažniui į antenos ilgį telpa vis daugiau pusbangių, t.y. tai yra ta pati antena gali spinduoliuoti skirtingo ilgio bangas. Simetrinės antenos paveikslai pagal šio aprašymo 11 punktą- laukai tolimojoje zonoje, kai dažnis lygus 900 MHz, 1800 MHz ir 3000 MHz. 12 pav. Trimatis kryptingumo diagramos vaizdas, kai dažnis 900 MHz. 13 pav. Trimatis kryptingumo diagramos vaizdas, kai dažnis 1800 MHz. 14 pav. Trimatis kryptingumo diagramos vaizdas, kai dažnis 3000 MHz. Iš 12-14 pav. matome, kad didėjant signalo dažniui kryptingumo diagramos siaurėja, bet didėja elektromagnetinio lauko stipris maksimalaus spinduliavimo kryptimi, bet atsiranda nereikalingi energijos nuostoliai (14 pav. vidurinysis žiedas), kurie sukelia trukdžius kitiems priėmėjams. Kryptingumo diagramos pagal aprašymo 12 punktą. 15 pav.Simetrinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 100 MHz. 16 pav. Simetrinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 400 MHz. 17 pav. Simetrinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 900 MHz. 18 pav. Simetrinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 1200 MHz. 19 pav. Simetrinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 1800 MHz. 20 pav. Simetrinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 3000 MHz. 15-20 pav. aptvirtina tą patį, kaip ir 12-14 pav., t.y. didėjant dažniui siaurėja pagrindinis kryptingumo diagramos lapelis, didėja jo amplitudė. Kai pasiekiamas toks dažnis, prie kurio pagrindinio lapelio amplitudė yra didžiausia, atsiranda šalutiniai lapeliai, kurie yra parazitiniai. Tai nereikalingi energijos nuostoliai, sukeliantys trukdžius kitiems priėmėjams. Priėmimo antenos atveju per šalutinius lapelius ateina parazitiniai klaidinantys signalai- trukdžiai. Todėl antenas projektuoja taip, kad šalutinių lapelių lygis atžvilgiu pagrindinio būtų galimai mažesnis. Kryptingumo diagramų tyrimo lentelė. 1 lentelė. Kryptingumo diagramų skaitinių rezultatų pateikimo lentelė Dažnis f, MHz Pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudė, 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 Grafikai, pagal aprašymo 14 punktą. 21 pav. Pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudės priklausomybė, nuo dažnio. 22 pav. Kampinio kriptingumo lapelio pločio -3dB lygyje priklausomybė nuo dažnio. 1 lentelėje ir 21-22 pav. pateikta tai ką jau matėme 12-20 pav., tik viskas pateikta skaičiais ir grafikais. Tokiu būdu yra daug patogiau nagrinėti duomenis. 21 pav matome, kad didėjant signalo dažniui, pagrindinio lapelio amplitudė didėja iki maksimalios reikšmės, o tada lieka pastovi (3,8 dBi). Iš 22 pav. matome, kad didėjant signalo dažniui kryptingumo lapelio plotis vis mažėja. Strypinės antenos konstrukcijos paveikslas. 23 pav. Strypinės antenos aksonometrinis vaizdas Iš 23 pav. matome, kad strypinė antena yra maitinama iš jos galo, priešingai nei simetrinė antena iš jos vidurio. Strypinės antenos parametro S1,1 priklausomybė nuo dažnio. 24 pav. Parametro S1,1 (įėjimo prievado įtampos atspindžio koeficiento) priklausomybė nuo dažnio. Iš 24 pav. matome, kad tirtosios strypinės antenos rezonansiniai dažniai yra 934,5 MHz ir 2760,4 MHz. Palyginę simetrinės (3pav.) ir strypinės (24pav.) antenų rezonansinius dažnius matome, kad jie beveik vienodi. Strypinės antenos trimačiai elektrinio, magnetinio laukų ir paviršinių srovių modeliavimo rezultatai. 25 pav. Elektrinio lauko struktūra, kai signalo dažnis lygus 900 MHz. 26 pav. Magnetinio lauko struktūra, kai signalo dažnis lygus 900 MHz. 27 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 100 MHz. 28 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 400 MHz. 29 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 900 MHz. 30 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 1200 MHz 31 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 1800 MHz. 32 pav. Paviršinių srovių struktūra, kai signalo dažnis lygus 3000 MHz. 27-32 pav. pateiktas paviršinių srovių pasiskirstymas strypinės antenos paviršiuje. Kaip matyti, jis yra labai panašus į simetrinės antenos paviršinių srovių pasiskirstymą, tik strypinės antenos ilgyje telpa perpus mažiau bangos pusbangių nei simetrinėje antenoje. Strypinės antenos paveikslai pagal šio aprašymo 11 punktą– laukai tolimojoje zonoje kai dažnis lygus 900 MHz, 1800 MHz ir 3000 MHz. 33 pav. Trimatis kryptingumo diagramos vaizdas, kai dažnis 900 MHz. 34 pav. Trimatis kryptingumo diagramos vaizdas, kai dažnis 1800 MHz. 35 pav. Trimatis kryptingumo diagramos vaizdas, kai dažnis 3000 MHz. Palyginus 12-14 ir 33-35 pav. matyti, kad kryptingumo diagramos forma tiek simetrinės, tiek strypinės antenų yra panaši, tik strypinės antenos diagrama yra tarsi puse simetrinės antenos diagramos ir kryptingumo diagramos amplitudė maksimalaus spinduliavimo kryptimi strypinės antenos yra beveik du kart didesnė nei simetrinės. Strypinės antenos kryptingumo diagramos. 36 pav. Strypinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 100 MHz. 37 pav. Strypinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 400 MHz. 38 pav. Strypinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 900 MHz. 39 pav. Strypinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 1200 MHz. 40 pav. Strypinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 1800 MHz. 41 pav. Strypinės antenos kryptingumo diagrama polinėje koordinačių sistemoje, kai dažnis 1800 MHz. Palyginus 36-41 pav. su 15-20 pav.matyti, kad strypinės antenos diagrama yra tarsi pusė simetrinės antenos kriptingumo diagramos pasuktos 90°. To pasekmė yra ta, kad pasikeitė maksimalaus spinduliavimo kryptis, amplitudė. Strypinės antenos kryptingumo diagramų tyrimo lentelė 2 lentelė. Kryptingumo diagramų skaitinių rezultatų pateikimo lentelė. Dažnis f, MHz Pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudė, dBi Kampinis plotis -3dB lygyje, ° 100 -11,5 50,4 400 1 44,2 900 6,4 39 1200 7,2 34,3 1800 6,2 23,7 3000 6,6 33,2 Palyginus 1 ir 2 lenteles matyti, kad strypinės antenos pagrindinio lapelio amplitudė yra beveik du kart didesnė nei strypinės antenos kryptingumo diagramos pagrindinio lapelio amplitudė. Taip pat jo mažiausia reikšmė yra truputį didesnė už simetrinės antenos. Taip matome, kad antenos ilgiui sumažėjus per pus (simetrinė 2 kart ilgesnė nei strypinę anteną) kryptingumo diagramos pagrindinio lapelio plotis nesumažėja per pus. Bet strypinės antenos kryptingumo diagramos pagrindinio lapelio kampinis plotis, prie 100 MHz yra daug mažesnis už simetrinės antenos, nors prie 3000 MHz jis beveik susilygina. Strypinės antenos priklausomybės, pagal aprašymo 14 punktą. 42 pav. Pagrindinio kryptingumo lapelio amplitudės priklausomybė, nuo dažnio. 43 pav. Kampinis kriptingumo lapelio pločio -3dB lygyje priklausomybė nuo dažnio. Atsakymai raštu į kontrolinius klausimus. 1) Kuo skiriasi simetrinė ir strypinė antenos? Antenos skiriasi savo konstrukcija, kryptingumo charakteristikomis, matmenimis, paskirtimi. Simetrinė antena yra simetrinis vibratorius, strypinė antena- nesimetrinis vibratorius. Nesimetrinis vibratorius gaunamas iš bet kurio simetrinio vibratoriaus , paėmus vieną jo petį ir pastačius jį statmenai laidžiai plokštumai- ekranui. Nesimetrinio vibratoriaus ilgis svyruoja plačiose ribose nuo lλ/4. Išvados. Atlikę šį darbą susipažinome su simetrinių bei strypinių antenų charakteristikomis, jų skirtumais, palyginome simetrinės ir strypinės antenų kryptingumo charakteristikas. Pastebėjome, kad simetrinė antena spinduliuoja bangas didesniu kampu nei strypinė, bet strypinės antenos kryptingumo diagramos pagrindinio lapelio amplitudė yra daug didesnė. Didėjant dažniui siaurėja pagrindinis kryptingumo diagramos lapelis, o nuo tam tikro dažnio ima formuotis šalutiniai- nuostolių lapeliai. Tai nereikalingi energijos nuostoliai, sukeliantys trukdžius kitiems priėmėjams. Priėmimo antenos atveju per šalutinius lapelius ateina parazitiniai klaidinantys signalai- trukdžiai. Todėl antenas projektuoja taip, kad šalutinių lapelių lygis atžvilgiu pagrindinio būtų galimai mažesnis. Naudotos literatūros sąrašas. • http://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna; • www.trk.ktu.lt/Moduliai/T170B302/4lab_direktorine_antena.doc; • Z. Vainoris "Techninė elektrodinamika" II dalis, Vilnius "Technika" 1996.

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!