ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………………………………….2
СТРУКТУРНА СХЕМА РАДІОЛІНІЇ ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ РАДІОМОНІТОРИНГУ………………………………………………
АНАЛІЗ МОЖЛИВИХ МЕХАНІЗМІВ ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ ВІД ДЖЕРЕЛА ВИПРОМІНЮВАННЯ ДО СТАНЦІЇ МОНІТОРИНГУ……
ФУНЦІЇ І СТРУКТУРА АНТЕНО-ФІДЕРНОЇ СИСТЕМИ. АНАЛІЗ ФАКТОРІВ, ЯКІ ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ ВИКОНАННЯ ВИМОГ ДО АНТЕНИ………………………………………………………
ОПИС І РОЗРАХУНОК РОЗМІРІВ КОНСТРУКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ АНТЕНИ……………………………………….......
ВИБІР ФІДЕРА. РОЗРАХУНОК ВТРАТ У ФІДЕРІ……………………………………………………………..
РОЗРОБКА СХЕМ ЖИВЛЕННЯ ТА ЕЛЕМЕНТІВ УЗГОДЖЕННЯ АНТЕНИ З ФІДЕРОМ………………………….
ОБҐРУНТУВАННЯ РОЗМІЩЕННЯ АНТЕНО-ФІДЕРНОЇ СИСТЕМИ……………………………………………………….....
МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕНИ…………………………………
АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТЕЙ СТАНЦІЇ РАДІОМОНІТОРИНГУ З ДАНОЮ АНТЕНО-ФІДЕРНОЮ СИСТЕМОЮ……………..…
ВИСНОВКИ………………………………………………………...
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………..
Вступ
Радіорелейний зв’язок — це радіозв'язок по лінії, побудованій ланцюгом приймально-передавальних радіостанцій (ретрансляторах). Звернімося до історії. Глобальна мережа радіорелейного зв'язку активно розгорталася в СРСР в 70-х рр. (оскільки це набагато дешевше, ніж кабельні лінії, особливо в умовах величезних просторів з нерозвиненою інфраструктурою; високі ж швидкості передачі інформації тоді не були ще потрібні), і ретранслятори можна знайти практично де завгодно — на будь-якій висотній будівлі або піднесенні і уздовж будь-якої транспортної (особливо — залізничної) магістралі. Пізніше на її основі (як магістральній мережі) будувалася мережа стільникового зв'язку, особливо в регіонах.
Антени сусідніх станцій зазвичай розташовують в межах прямої видимості, оскільки це найнадійніший варіант. Для збільшення радіусу видимості антен їх встановлюють якомога вище — на щоглах (баштах) заввишки 70-100 м (радіус видимості — 40-50 км.) і на високих будівлях. Граничним випадком цього підходу є супутниковий зв'язок — в ній ретранслятор винесений на максимально можливу висоту (десятки тисяч кілометрів!), і в зоні його видимості — майже половина Земної кулі. Протяжність наземної лінії радіорелейного зв'язку — до 10000 км., ємкість — до декількох тисяч каналів.
Особливі властивості, які відрізняють радіорелейний зв'язок від традиційного кабельного, роблять її все більш привабливою для використання в глобальних, регіональних і місцевих мережах передачі даних. У тих випадках, коли є необхідним швидке розгортання мереж передачі даних, обслуговуючих рухомих абонентів, або в районах з нерозвиненою зв'язною інфраструктурою, радіорелейному зв'язку немає альтернативи. Тому метою даної роботи вивчення закономірностей та конструювання однієї з антен, що використовуються для побудови РРЛ.
Рупорні антени прості у виготовленні., Недоліками рупорних антен є: а) громіздкість конструкції, що обмежує можливість отримання вузьких діаграм спрямованості; б) труднощі в регулюванні амплітудно-фазового розподілу поля в розкриві, які обмежують можливість зниження рівня бічних пелюсток. Рупорні випромінювачі можуть застосовуватися як самостійні антени або в якості елементів більш складних антенних пристроїв
Рупорні випромінювачі можуть застосовуватися як самостійні антени або в якості елементів більш складних антенних пристроїв.
1.СТРУКТУРНА СХЕМА РАДІОЛІНІЇ ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ РАДІОМОНІТОРИНГУ
На рис. 1.1 показано основні структурні елементи радіолінії постановки перешкод:
радіопередавальний (РПдП) пристрій, який формує радіоперешкоди, що через фідер Ф1 передаються до антени А1;
антена А1 випромінює електромагнітні хвилі перешкод, які поширюються у напрямку антени А2 засобу, який подавляється;
на інтенсивність перешкод можуть суттєво впливати простір та земна поверхня між антенами;
антена А2 приймає перешкоди і через фідер Ф2 передає до входу радіоприймального пристрою (РПрП2).
Земна поверхня між місцями розташування антен
Рисунок 1.1 – Структурна схема радіолінії постановки перешкод
Приймальна антена може знаходиться над поверхнею на висоті hпр=30 м. Біля приймальної антени необхідно створити електромагнітну перешкоду на коловій поляризації з густиною потоку у смузі частот роботи радіоприймального пристрою fмін....fмакс. (1200…15000) МГц.
2.АНАЛІЗ МОЖЛИВИХ МЕХАНІЗМІВ ПОШИРЕННЯ РАДІОХВИЛЬ ВІД ДЖЕРЕЛА ВИПРОМІНЮВАННЯ ДО СТАНЦІЇ МОНІТОРИНГУ
У діапазоні ультракоротких хвиль можуть бути використані радіохвилі з траєкторіями, що наближені до прямолінійних (рис.2.1). Хвилі, які поширюються шляхом дифракції та далекого тропосферного поширення не розглядаються.
Хвилі вибраного діапазону не поширюються шляхом дифракції та ДТП, а використовуються для роботи з прямолінійними траєкторіями. Також для них іоносфера «прозора» , що пояснює їх використання у космічній галузі.
Рисунок 2.1
3.ФУНЦІЇ І СТРУКТУРА АНТЕНО-ФІДЕРНОЇ СИСТЕМИ. АНАЛІЗ ФАКТОРІВ, ЯКІ ЗАБЕЗПЕЧУЮТЬ ВИКОНАННЯ ВИМОГ ДО АНТЕНИ
У діапазоні коротких хвиль, у разі використання іоносферних хвиль, антени розташовуються на висотах менших довжині хвилі. Земля приймає участь у формуванні характеристики спрямованості антени. Тому висота підвісу антени розраховується безпосередньо в ході розрахунку антени.
Антени мають значні розміри. Тому місцевість має бути рівною на всій площі для розміщення антенної системи. У напрямку сектору роботи не повинно бути перешкод, наприклад, крутих схилів, підвищень, споруд із каменю та залізобетону, металевих споруд, ліній електропередач, які проходять поперечно, та проводового зв’язку. Перешкоди можуть бути розташовані від елементів антени на відстані, яка перевищує у 5 разів висоту перешкод.
Антено-фідерна система складається з таких структурних елементів:
антений пристрій – в режимі передавання призначений для випромінення електромагнітних хвиль у заданому діапазоні частот, з певною поляризацією, у заданому секторі простору. За умови заданої підведеної потужності має створювати мінімальну визначену густину потоку потужності хвилі на заданих дальності, висоті, у заданому секторі кутів;
– в режимі приймання призначений для приймання електромагнітних хвиль у заданому діапазоні частот, з певною поляризацією, з визначених напрямків приходу хвиль. Антена має прийняти мінімально необхідну потужність за умови заданої густини потоку потужності електромагнітних хвиль біля антени;
фідерний пристрій – призначений для передачі електромагнітних хвиль у режимі передавання від передавача до антени, а у режимі приймання від антени до приймача з допустимими втратами;
пристрій узгодження – призначений для забезпечення повної передачі електромагнітних коливань (без відбиття) з антени у фідер або з фідера у антену у заданому діапазоні частот;
опорний пристрій та елементи кріплення антени – призначені для розташування та закріплення антенного пристрою на заданій висоті, забезпечення правильної орієнтації антени. Для мобільних комплексів у більшості випадків використовуються щогли з розтяжками для підняття антен над земною поверхнею. Щогли можуть розташовуватись як на поверхні, так і кріпитись до спецмашин.
4.ОПИС І РОЗРАХУНОК РОЗМІРІВ КОНСТРУКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ АНТЕНИ
Сьогодні застосовіється два основні конструктиви рупорно-параболічних антен:
РПА пірамідального типу
РПА конічного типу
Випромінюючий розкрив S1 для першої є частиною кільцевої поверхні, по конфігурації достатньо близькою до трапеції. Кути розкриву рупорної частини антени не обов'язково рівні між собою. Внизу рупорної частини антени встановлений рупорний перехід, що слугує для сполучення з вертикально розташованим живлячим хвилеводом.
Для РПА конічного типу випромінюючий розкрив антени S2 є кругом радіусу r. Внизу конічного рупора антени розташований рупорний перехід, що слугує для сполучення з вертикально розташованим живлячим хвилеводом.
Рис. 2. Схема РПА
В нашому випадку, беручи до уваги вигідний діапазон роботи антени та підходящий для заданої технічним завданням відстані коефіцієнт підсилення обираємо рупорно бараболічну антену пірамідального типу.
На практиці такі антени почали широко використовуватися при побудові безпровідних ліній передачі в країнах СНД і часто досі експлуатуються (хоча і замінюються або іншими типами антен, або вдосконаленими моделями вищеназванних).
Максимальна і мінімальна робочі частоти
Гц, 
Гц.Коефіцієнт перекриття діапазону частои
Робочу довжину хвилі визначимо по формулі:
, де з = 3 • 108 м/с - швидкість світла.
В якості опромініючого пристрою РПА візьмемо пірамідальний рупор. Пояснення такого вибору:
можливість формувати ДН різної ширини;
широкодіапазональність
простота конструкції.
На наведеному нижче малюнку показана конструкція пірамідального рупора з відповідними позначеннями.
Рис. . Розміри пірамідального рупора
Враховуючи попередні розрахунки геометричних параметрів РПА маємо, що:
а=2,28см
b=1,06 см
Розрахуємо коефіцієнт спрямованої дії рупора:
Знайдемо значення оптимальних довжин рупора у площина E и H:
 |
 | (13) |
Використаємо рівняння стиковки рупора з хвилеводом [1]:
 | (14) |
Для того, щоб фазові викривлення у розкриві не перевищували допустимих, білье значення
приймаємо за постійне число і виразимо менше значення через більше:
Розрахуемо кути розкриву рупорної антени:
 | (15) |
 | (16) |
5.ВИБІР ФІДЕРА. РОЗРАХУНОК ВТРАТ У ФІДЕРІ
Важливу роль у роботі антенних пристроїв грає лінія передач (фідер), яка передає енергію від генератора до антени (в передавальному режимі) або від антени до приймача (в режимі прийому).
Основні вимоги до фідера зводяться до його електрогерметичності (відсутності випромінювання енергії з фідера) і малим тепловим втратам. У передавальному режимі хвильовий опір фідера має бути узгоджений з вхідним опором антени (що забезпечує в фідері режим біжучої хвилі) і з виходом передавача (для максимальної віддачі потужності). У приймальному режимі узгодження входу приймача з хвильовим опором фідера забезпечує в останньому режим біжучої хвилі, узгодження ж хвильового опору фідера з опором навантаження — умова максимальної віддачі потужності в навантаження приймача.
Вибір фідера живлення. Виберемо коаксіальний кабель з опором 75 Ом. Нехай це буде коаксіальний кабель FinMark RG-6.
Необхідно вибрати фідер з хвилевим опором близьким до вхідного опору антени та невеликими втратами, щоб забезпечити допустиме значення коефіцієнта корисної дії відповідно до початкових умов.
Рисунок 6 – Коаксіальний кабель
6.РОЗРОБКА СХЕМ ЖИВЛЕННЯ ТА ЕЛЕМЕНТІВ УЗГОДЖЕННЯ АНТЕНИ З ФІДЕРОМ
В якості живлючого хвилеводу ,а також для забезпечення лінійної поляризації використовуємо прямокутний хвилевід . Відомо, що основною хвилею лінії такої конструкції є Н10.
Метою узгодження антени є завдання виконання двох умов підключення антени до приймально-передавача:
•домогтися відсутності реактивної складової опору антени на використаній частоті ;
•домогтися рівності хвильового опору антени і приймально-передавальної апаратури.
Якщо ці умови виконуються в місці живлення антени (точка з’єднання антени з фідером ) , то фідер працює в режимі біжучої хвилі . Якщо виконувати умови погодження в місці з’єднання фідера з приймально-передавачем , а опір антени відрізняється від хвильового опору фідера , то фідер працює в режимі стоячої хвилі . Однак робота фідера в режимі стоячої хвилі може спричинити за собою перекручування діаграми спрямованості в спрямованих антенах ( за рахунок шкідливого випромінювання фідера) і в деяких випадках може привести до перешкод навколишнього прийомо-передавальної апаратурі . Крім того, якщо антена використовується на прийом , то на оплітку фідера будуть прийматися небажані випромінювання ( наприклад перешкоди від вашого настільного комп’ютера). Тому краще використовувати харчування антени по фідеру в режимі біжучої хвилі.
7.ОБҐРУНТУВАННЯ РОЗМІЩЕННЯ АНТЕНО-ФІДЕРНОЇ СИСТЕМИ
Для наземних радіоліній у діапазоні ультракоротких хвиль сегмент Землі висотою Н перекриває частину області, яка суттєва для поширення радіохвиль як показано на рис.8.
У діапазоні УКХ максимальна відстань між передавальною та приймальною антенами вибирається в межах дальності прямої видимості
, за якої пряма, що з’єднує антени торкається поверхні Землі. Коли передавальна і приймальна антени підняті на висоти
, дальність прямої видимості показана на рис. 9.
На практиці для розрахунку дальності прямої видимості використовують формулу
. (17)На дальності прямої видимості половина області істотної для ПРХ перекривається Земною поверхнею, буде втрачатися половина потужності електромагнітної хвилі. Область впевненого приймання (освітлена область), визначається дальністю між антенами
.За допомогою програмного середовища Excel розраховано, побудовано графік залежностей дальності прямої видимості від висоти однієї з антен h2 за постійних значень висоти другої антени h1=3м (рис. 7).
Рисунок 7 – Графік залежності дальності прямої видимості від висоти передавальної антени h2 за постійних значень висоти приймальної антени h1.
У діапазоні коротких хвиль, у разі використання іоносферних хвиль, антени розташовуються на висотах менших довжині хвилі. Земля приймає участь у формуванні характеристики спрямованості антени. Тому висота підвісу антени розраховується безпосередньо в ході розрахунку антени.
Антени мають значні розміри. Тому місцевість має бути рівною на всій площі для розміщення антенної системи. У напрямку сектору роботи не повинно бути перешкод, наприклад, крутих схилів, підвищень, споруд із каменю та залізобетону, металевих споруд, ліній електропередач, які проходять поперечно, та проводового зв’язку. Перешкоди можуть бути розташовані від елементів антени на відстані, яка перевищує у 5 разів висоту перешкод.
Антенна система встановлюється на горизонтальну поверхню, причому на пагорбах, дахах, деревах. У випадку розміщення на даху, він має бути не металевий. Встановлювати антено-фідерну систему рекомендується так, щоб в радіусі 500 м не було більш вищих перешкод (будівель), дротяних ліній. За наявності поряд металевих споруд та будівель потрібно врахувати, що буде відбуватися відбиття радіохвиль, а це буде впливати на амплітуду приймаємих сигналів. Може бути суттєве зменшення амплітуди сигналів біля антени. Не рекомендується встановлювати антено-фідерну систему в приміщенні.
8.МОДЕЛЮВАННЯ АНТЕНИ
Максимум КНД рупора заданої довжини досягається при певному значенні величини фазових спотворень. Такий рупор називають оптимальним. Пірамідальний рупор оптимальний, якщо максимальні спотворення в Н-площині складають 135°, а в Е-площині – 90°. [1]
 | (1) |
звідки
 | (2) |
 | (3) |
звідки
 . | (4) |
2) Для пірамідального рупора знайдені довжини можуть бути різними і несумісними. Тому необхідно забезпечити правильне стикування рупора з хвилеводом.
Для розрахунку діаграми спрямованості скористаємось інтегральними виразами [3]:
 , | (5) |
 , | (6) |
Ці формули для розрахунку поля випромінювання рупорів порівняно складні і розрахунок по ним виходить трудомістким. Для оптимального рупора, фазові спотворення якого не перевищують максимально допустимих, розрахунок можна проводити за формулами
 | (6) |
 , | (7) |
які не призводять до істотних похибок [3].
Діаграма спрямованості складної антени визначається доданком двох множників: діаграми одного випромінювача
на множником решітки 
Розрахуєм і побудуєм ДС рупора.
а) У площині Е
| | |
 | (9) |
та
 | (9) |
| | |
Ширина ДС по рівню 0,5: φ0,5 = 5,4о.
б) В площині H
,
.
Рис. 4. Діаграмма спрямованості рупора в площині Н
Ширина ДС по рівню 0,5: φ0,5 = 4,9о
Розрахунок діаграми спрямованості антени:
1.)Синфазний режим роботи
Враховуючи що для синфазного ∆ψ = 0, знайдемо діаграму спрямованості всієї антени в площині Е з формули :
,
.
Рис. 6. Діаграма спрямованості синфазної антенни
Рівень бокових пелюсток:
.Діаграма спрямованості в Н площині буде такий самий як і в випромінювача Н площини
2. Не синфазний режим работи
Розрахуємо максимальне відхилення ДС антени від нормалі до її поверхності :
φmax = φ0,7изл .
Діаграма спрямованості антени в не синфазному режимі знайдемо перемноживши діаграму одного випромінювача в Е площині F2(θ2) на множник решітки Fn(θ2) за ∆ψ = 2,8 рад.
Рис. 7. Діаграма направленості антени в не синфазний режим роботи
9.АНАЛІЗ МОЖЛИВОСТЕЙ СТАНЦІЇ РАДІОМОНІТОРИНГУ З ДАНОЮ АНТЕНО-ФІДЕРНОЮ СИСТЕМОЮ
Можливості радіомоніторингу у точці нагляду в значній мірі залежать від того, в який спосіб поширюється радіохвиля у навколоземному просторі у залежності від частоти. Розрізняють таки способи поширення ЕМП: земною (поверхневою) хвилею, тропосферною хвилею, іоносферною хвилею, відбитою хвилею, розсіяною хвилею. Різноманітні механізми поширення радіохвиль ускладнюють процедуру місцевизначення її джерела.
При здійсненні радіомоніторингу і ідентифікації сигналів застосовують їх огляд у вигляді осцилограм – розгортання сигналів у часі, або їх подання у вигляді спектрограм – розглядання особливостей сигналів з середини. Зіставлення цих виглядів дає додаткову інформацію, яка сприяє зменшенню похибок розпізнання випромінювань.
Антенні пристрої пункту радіомоніторингу повинні бути розміщеними компактно, але їх взаємний електромагнітний вплив при цьому повинен бути мінімальним. Це є складною конструктивною задачею.
Фідерв радіотехніці — лінія для передачі електричних коливань радіочастоти від джерела коливань (наприклад, радіопередавача) до споживача (наприклад, передавальної антени). Розрізняють фідери відкриті (наприклад, одно-, дво- і багатопроводові лінії, діелектричні радіохвилеводи) і закриті (одно- і багатопроводові екрановані лінії, наприклад радіочастотний кабель, і металеві радіохвилеводи). В радіотехніці фідери використовуються для передачі енергії ВЧ , від одного пристрою до іншого, віддаленого від першого на відстань, яка співвідноситься з довжиною хвилі.
Помилки при розгортанні антенно-фідерних пристроїв (АФП):
Часто трапляються випадки неправильного розгортання антенно-фідерних пристроїв (АФП) радіостанцій, особливо, при наявності декількох КХ радіостанцій на одному вузлі зв’язку. Розташування антен в безпосередній близькості може призвести до наступних наслідків: а) створення взаємних завад (особливо з боку станцій з зовнішнім підсилювачем потужності), аж до ефекту запирання приймачів, або, що ще гірше – виведення з ладу приймачів радіостанцій; б) спотворення форми діаграм направленості антен від очікуваних, що може призвести до погіршення надійності та якості зв’язку на деяких напрямках.
Зменшення взаємного впливу для двох радіостанцій, антени яких розгортаються на одному майданчику, можна досягнути взаємно перпендикулярним розташуванням антен типу „вібратор горизонтальний” (ВГ), або „вібратор похилий” (ВП). При цьому при орієнтуванні полотна антени необхідно врахувати найбільш віддалених кореспондентів. В умовах розгортання декількох радіостанцій на обмеженому майданчику краще використовувати коаксіальні фідери, оскільки симетричному двохпроводовому фідеру притаманний антенний ефект.
Слід пам’ятати й про необхідність віддалення антен радіостанцій від високовольтних ліній електропередач , а також від лыный електропередач промислової мережі, великих металевих споруд та конструкцій, які можуть впливати на характеристику направленості антени. Крім цього, операторам радіостанцій слід пам’ятати про можливість встановлення зв’язку на невеликі відстані земною (поверхневою) хвилею. Робота земною хвилею дозволяє зменшити випромінювання у напрямку противника, зменшити час, необхідний для 33 розгортання антени.
Дальність зв’язку, при цьому, визначається робочою частотою, місцевістю, поляризацією електромагнітного поля та ефективністю анетнно-фідерних пристроїв. Основним типом антени для роботи земною хвилею є вертикальний несиметричний вібратор Такі антени відносяться до класу ненаправлених в горизонтальній площині й дозволяють організувати звязок на відстані до десятків кілометрів.
Висновок:
При виконанні даної курсової роботи була розрахована рупорна антена.Рупорна антена забезпечує прийом радіохвиль в діапазоні частот від 1200МГц до 15000МГц.
Живлення запропонованої антени відбувається по круглому хвилеводі з хвилеє Н01, який може використовуватися паралельно і в якості щогли для монтування антени. Передбачено і той факт, що у такому хвилеводі буде виникати безліч типів вищих хвиль, тому і застосовано фільтр типів хвиль.
В конструкції РПА для захисту від погодних осадів та пилу використано пінопластову кришку яка закриває рупорний отвір.
Неприхованим є те, що на своїй частоті РПА можуть значно піддаватися впливам опадів, а найбільше дощу.
Для збільшення КПД при виготовленні застосовується технологія полірування внутрішніх стінок, а також покриттям їх тонким шаром срібла.
Хоч є помітні недоліки, все ж РПА можуть практично застосовуватися при побудові РРЛ, тим паче на сьогодні вже існує величезний парк подібних приладів, що відкриває дорогу облегшеній інтеграції у виробництво нових модифікацій рупорно-параболічних антен.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
І. В. Іванов / Є. Г. Габрусенко. Електродинаміка та пристрої надвисоких частот: навчальний посібник Київ “НАУ-друк” 2009 р.
Ю. О. Колос, В. М. Романчук. Пристрої надвисоких частот та антени: навч. посіб. / – Житомир: ЖВІ НАУ, 2012.
3. Я. С. Шифрин . Антенны: навч. посіб. /– Житомир 1976 год.
4. В. М. Коваль Антенні та приймально-передавальні пристрої: навч. посіб./ - Житомир ЖВІРЕ, 1999 р.
5.Ю. О. Колос Н. М. Каращук Основи електродинаміки та антен. Завдання на лабораторні роботи./ - Житомир ЖВІ, 2018 р.