Пиковое напряжение и допустимая мощность коаксиального кабеля
Максимальное пиковое напряжение, подаваемое между проводниками коаксиального кабеля , до возникновения диэлектрического пробоя. Оно зависит исключительно от характеристик изоляционного диэлектрика.
Формула для определения пикового напряжения: U п =Ed*Ri*ln (Re/Ri), где «Ed» — электрическая прочность изоляции, «Ri» — это внутренний радиус диэлектрика, а «Re» — внешний радиус диэлектрика.
По пиковому напряжению и импедансу получаем пиковую мощность, которая не зависит от частоты. Она рассчитывается как: Р=(V peak max ) 2 / (2 * Z o ), где Z o — импеданс кабеля. Это значение никогда не должно быть превышено.
Допустимая мощность определяет параметры питания, при которых кабель может работать и зависит от характеристик проводников (внутреннего/внешнего), но особенно от способности диэлектрика рассеивать тепло. Допустимая мощность сильно зависит от частоты использования и обратно пропорциональна этому. Значения, указанные на графике, относятся к температуре, обнаруженной на поверхности кабеля при 40°C (примите во внимание, что при воздействии прямого солнечного света может происходить перегрев кабеля), КСВН меньше 1,5 и высотой 0-300 м над уровнем моря.
Чем выше окружающая кабель температура, тем ниже вероятность рассеивания тепла, создаваемого внутри кабеля, в направлении наружу. И наоборот, при низких температурах тепло легко рассеивается, так что кабель может работать на более высоких мощностях.3
Значения КСВН должны считаться действительными только для измерений, проведенных вблизи антенны .
Допустимая мощность рассчитывается при температуре 40°C (проверяется непосредственно на поверхности самого кабеля) и изменения более или менее приводят к уменьшению или увеличению этого значения.
Другим фактором, который следует учитывать, является согласование импеданса системы. Если он не оптимален, он генерирует стационарные волны (КСВН). При значениях от низкого до среднего (1 — 1,5) он существенно не изменяют мощность, но при более высоких значениях кабель должен выдерживать как мощность падения, так и отражения. Следовательно, мощность падает. В графике 2 получен коэффициент K2 (КСВН), который умножается на значение объявленной мощности, обеспечивает максимальную допустимую мощность для КСВН, протестированного в линии.
Значения КСВН должны считаться действительными только для измерений, проведенных вблизи антенны
Интересно знать, что даже высота влияет на эти данные: чем выше вы поднимаетесь по высоте, тем больше рассеивается тепло. График 3 показывает коэффициент K3, связанный с высотой. Чтобы иметь заданную абсолютную величину мощности, вы должны умножить значение, относящееся к температуре на коэффициент K2 (КСВН), а результат – на фактор K3 (высота).
Значения КСВН должны считаться действительными только для измерений, проведенных вблизи антенны.
Источник
пробивное напряжение коаксиального кабеля
Предельная и допустимая мощности, передаваемые по коаксиальному кабелю.
пробивное напряжение коаксиального кабеля.
Выбор волнового сопротивления в коаксиальной ЛП. Коэффициент затухания в проводнике зависит как от электрических свойств проводника и длины волны, так и от соотношения D/d, т.е. от геометрических размеров. Анализ показывает, что при D/d = 3,3 достигается минимум коэффициента затухания коаксиальной ЛП, что соответствует волновому сопротивлению Wл = 77 Ом в линии с воздушным заполнением. В то же время для передачи по коаксиальному фидеру большой мощности необходимо соблюдение условия D/d = 1,65, что соответствует волновому сопротивлению Wл = 50 Ом в линии с воздушным заполнением. Таким образом, для передачи по коаксиальной ЛП электромагнитных колебаний большой мощности необходимо соблюдение условия D/d = 2. 3, если же за критерий выбора коаксиальной ЛП принять минимум потерь, то D/d = 3. 6.
Для преобразования сигнала используем частотный преобразователь
 |
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ MMANA
Для моделирования в среде MMANA необходимо задать геометрические размеры антенны, материал и её рабочую частоту.
Рисунок 17 . Общий вид антенны.
Произведем рас чет антенны с помощью MMANA:
Рисунок 18 . Расчет параметров антенны.
 |
Рисунок 19 . Диаграмма направленности для V+H поляризации.
Рисунок 20 . Частотная зависимость входного сопротивления.
Рисунок 20 . Частотная зависимость КСВ
Рисунок 21 . Частотная зависимость КУ и уровня обратного излучения
 |
6 РАСЧЕТ РАДИОТРАСС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ
Наиболее простой метод расчета радиотрассы применяется в случае распространения радиоволн при небольших расстояниях между пунктами передачи. Причем поверхность Земли является плоской и однородной на протяжении всей трассы. Изучим метод расчета такой трассы, в котором применяются поднятые антенны.
Поднятая антенна – это антенна, у которой фидерный (питающий) тракт не излучает и в высоту антенны укладывается несколько длин волн.
Рассмотрим трассу, схема которой показана на рис.19.
Рисунок 22. Схема радиотрассы
Пусть в пункте передачи А антенна поднята на высоту 
, в пункте приема В – на высоту 
. Б.А.Введенский в 1922 году предложил, что в месте приема электромагнитное поле можно рассматривать как интерференцию двух лучей: прямого 1 и отраженного от Земли 2. Лучи, выходя из одного источника, являются когерентными, поэтому в пункте В лучи 1 и 2 будут интерферировать между собой [4].
Действующую напряженность поля подсчитаем из известной ранее формулы:
, 
.
Задача сводится к нахождению множителя ослабления F.
Мгновенное значение напряженности поля прямого луча определяется:
, ,
Мгновенное значение напряженности поля для отраженного луча:
, ,
где 
— комплексный коэффициент отражения, 
— значение пути, проходимого отраженным лучом, ∆r – разность хода между прямым и
отраженным лучом. Причем 
Сделаем следующие ограничения:
1.Считаем, что высоты, на которые подняты антенны существенно меньше расстояния между начальным и конечным пунктами радиолинии, т.е.
2.Считаем, что лучи 1 и 2 излучаются передающей антенной почти в одном направлении. Коэффициенты направленности для обоих лучей имеют одно значение.
3. Учтем, что отраженный луч проходит больший путь, т.е. разность хода составляет 
или набег фазы составляет 
. Кроме того, можно считать, что расстояния 
. Иными словами, расстояние, проходимое каждым лучом, можно считать равным расстоянию между пунктами А и В.
Учитывая сделанные допущения, мгновенное значение напряженности результирующего поля в пункте В найдем:
, ,
где 
— угол изменения фазы при отражении, 
— набег фазы за счет разности хода прямого и отраженного лучей.
Выполним преобразование сомножителя, стоящего в квадратных скобках:
где 
Тогда с учетом преобразования принимает вид:
Сравнивая с формулой 
заключаем, что множитель ослабления F определяется равенством:
где R – коэффициент отражения, Θ – фаза коэффициента отражения, — набег фазы за счет разности хода между лучами.
Действующее значение напряженности результирующего поля определяется формулой:
В эту формулу входят три неизвестные величины: R – модуль коэффициента отражения, Θ – угол потери фазы при отражении, 
— разность хода лучей.
Из электродинамики известно, что R и Θ можно определить, если знать угол скольжения γ (рис.19). Угол скольжения определяется:
где 
— высоты антенн, r – расстояние между пунктами передачи и приема.
Там же доказано, что разность хода определяется выражением:
Из формулы видно, что множитель ослабления является величиной переменной. В случае, когда функция 
=1, значения множителя ослабления являются максимальными 
; если 
=-1, то и множитель ослабления принимает минимальные значения 
. Отсюда видно, что название множителя ослабления носит условный характер. На рис.20 показана зависимость множителя ослабления от расстояния.
Рисунок 23. Зависимость множителя ослабления от расстояния при конечном значении коэффициента отражения.
Так, при малых значениях угла скольжения γ для большинства видов земной поверхности коэффициент отражения можно принять 
, а угол потери фазы при отражении 
.
Принимая указанные значения и 
, можно после преобразования множителя ослабления получить преобразованную формулу множителя ослабления F:
,
Изменение расстояния r, приводит к чередованию максимальных и минимальных значений синуса. Можно определить такие расстояния r , на которых множитель ослабления принимает только максимальные или минимальные значения.
Максимальные значения множитель ослабления F достигает на расстояниях:
где n=0,1,2,… Первый максимум наблюдается со стороны больших расстояний, т.е. 
=10000 м
Минимальное значение множителя ослабления F достигается на расстояниях:
Первый минимум расположен на расстоянии 
от передатчика.
=5000 м
Максимальное значение множителя ослабления соответствует 
, минимальное — 
. На рис.21 показан график зависимости множителя ослабления F от расстояния при R=1.
Рисунок 24. Зависимость множителя ослабления от расстояния при R=1.
6.2 Электромагнитная совместимость
Электромагнитная совместимость (ЭМС) радиоэлектронных средств, способность радиоэлектронных средств (РЭС) различного назначения работать одновременно (совместно) так, что помехи радиоприёму (с учётом воздействия источников радиопомех индустриальных), возникающие при такой работе, приводят лишь к незначительному (допустимому) снижению качества выполнения РЭС своих функций. При одновременной работе РЭС (а также электротехнических устройств, излучающих электромагнитные волны) помехи радиоприёму неизбежны.
Интенсивность помех определяется количеством действующих излучателей, их мощностью, расположением в пространстве, формой диаграммы направленности антенн, условиями распространения радиоволн и т. д. Обеспечение ЭМС сводится к созданию условий для нормальной совместной эксплуатации всего разнообразия РЭС.
Меры по обеспечению ЭМС подразделяются на организационные и технические. К организационным относятся: применение пространственного разделения (разноса) РЭС — одновременного использования одних и тех же частотных диапазонов в различных зонах земного шара, если это не грозит
взаимными радиопомехами; временного разноса — поочерёдной работы РЭС на одной несущей частоте по определённой программе во времени: частотного разноса — одновременной работы на различных несущих частотах и др. К техническим относятся: создание радиопередающих и электротехнических устройств, более совершенных с точки зрения уменьшения мешающих излучений; разработка радиоприёмных устройств, обладающих меньшей чувствительностью к таким излучениям, и др.
Уровень боковых лепестков (УБЛ) ДН антенны — относительный (нормированный к максимуму ДН) уровень излучения антенны в направлении боковых лепестков. Как правило, УБЛ выражается в децибелах.
— В режиме приема антенна с низким УБЛ «более помехоустойчива», поскольку лучше осуществляет селекцию по пространству полезного сигнала на фоне шума и помех, источники которых расположены в направлениях боковых лепестковАнтенна с низким УБЛ обеспечивает системе большую электромагнитную совместимость с другими радиоэлектронными средствами и высокочастотными устройствами
— Антенна с низким УБЛ обеспечивает системе большую скрытность
— В антенне системы автосопровождения цели возможно ошибочное сопровождение по боковым лепесткам
— Снижение УБЛ (при фиксированной ширине главного лепестка ДН) ведет к росту уровня излучения в направлении главного лепестка ДН (к росту КНД): излучение антенны в направлении, отличном от главного — пустая потеря энергии. Однако, как правило, при фиксированных габаритах антенны снижение УБЛ ведет к снижению КИП, расширению главного лепестка ДН и снижению КНД.
Основным способом снижения УБЛ при проектировании антенны является выбор более плавного (спадающего к краям антенны) пространственного распределения амплитуды тока. Мера этой «плавности» — коэффициент использования поверхности (КИП) антенны.
Снижение уровня отдельных боковых лепестков возможно также за счет введения излучателей со специально подобранной амплитудой и фазой возбуждающего тока , а также путем плавного изменения длины стенки излучающей апертуры (в апертурных антеннах).
Рисунок 25–УБЛ в плоскости Н
Рисунок 26–УБЛ в плоскости Е
Рассматрены меры обеспечения ЭМС,а так же причины и способы снижения УБЛ антенны – параболического цилиндра, построены графики УБЛ в плоскостях Н и Е.
 |
В данном курсовом проекте была спроектирована многовибраторная синфазная антенна с 64 элементами, для работы на длине волны равной 6 см.
В ходе выполнения работы были рассчитаны параметры одиночной вибраторной антенны и антенной решетки, было выбрана система питания, произведен расчет радиотрассы и обеспечение электромагнитной совместимости АР. Для данной АР был проведен процесс моделирования диаграммы направленности в плоскостях поляризации Е и Н при помощи программы MMANA-GAL.
Результатом стало выполнение конструкторских чертежей вибратора, а также антенной решетки. Помимо этого представлены результаты моделирования.
 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Фальковский О.И. Техническая электродинамика: учебник для вузов / О. И. Фальковский. — 2-е изд., стер. — СПб.: Лань, 2009. — 432 с.: ил.
2 Нефедов Е.И. Техническая электродинамика: учебное пособие для вузов / Е. И. Нефедов. — М.: Академия, 2008. — 416 с.
3 Муромцев Д.Ю. Техническая электродинамика: учебное пособие / Д. Ю. Муромцев, О. А. Белоусов; — Тамбов: ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. — 116 с.
4 Муромцев Д.Ю. Электродинамика и распространение радиоволн: пособие / Д. Ю. Муромцев, Ю.Т.Зырянов, П.А. Федюнин и др. — Тамбов: ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. — 200 с.
1 Григорьев А.Д. — Электродинамика и микроволновая техника [Электронный ресурс]: учебник. 2-е изд./А.Д. Григорьев. 2-е изд. –СПБ.: Лань, 2007. — Режим доступа :http://e.lanbook.com/. — Заглавие с экрана.
2 Малков, Н.А., Основы технической электродинамики[Электронный ресурс]: учеб. пособие. / Н.А. Малков, Г.А. Барышев – Тамбов: ТГТУ,2003.- Режим доступа: http://window.edu.ru/window_catalog/files/r21746/malkov2.pdf. — заглавие с экрана.
3 Малков, Н.А. Микроэлектронные устройства СВЧ: учеб. пособие.- Тамбов, ТГТУ: 2000-123с.
4 Малков, Н.А. Антенны СВЧ: учеб. пособие. –Тамбов: ТГТУ,2000.-104с.
5 Малков, Н.А. Гиротропные среды в технике СВЧ [Электронный ресурс]: учеб. пособие./ Н.А. Малков- Тамбов:ТГТУ,2005. — Режим доступа: http://window.edu.ru/window_catalog/files/r38095/tstu2005-144.pdf. — заглавие с экрана.
6 Мищенко, С.В. Проектирование радиоволновых( СВЧ) приборов неразрушающего контроля материалов: учеб. пособие.- Тамбов: ТГТУ, 2003.-128с.
7 Малков, Н.А. Электромагнитная совместимость РЭС: учеб. пособие.- Тамбов: ТГТУ,2007.-88с.
1. ЭЛЕКТРОНИКА: науч.- технический журн. /Изд-во. «Техносфера». Издается с 1996г. – 8 раз в год.
2. РАДИОТЕХНИКА: науч.- технический журн. /Изд-во. «Радиотехника». Издается с 1937г. – 12 раз в год.
3. МИКРОЭЛЕКТРОНИКА : науч.- технический журн. /Изд-во. «Наука». Издается с 1972г. – 6 раз в год.
Источник