Новости

Расчет линий передачи сети симплексной связи

Работа добавлена:






Расчет линий передачи сети симплексной связи на http://mirrorref.ru

Министерство образования Украины

Национальный технический университет Украины «КПИ».

Институт телекоммуникационных систем

Кафедра средств телекоммуникаций

Дисциплина: ”Техническая электродинамика”

Расчетно-графическая работа на тему:

“Расчет линий передачи сети симплексной связи”

                                                                       

      Выполнил работу:

                                                                                                           студент группы ТС – 83

                                                                                                         Орган О.Ф._________

       Вариант №11.

                                                                                                                           Защитил работу

                                                                                                                           “ ___ “____________2009г.

                                                                                                                            с оценкой: _____________

Киев 2009

1.1. Расчетное задание.

Сеть симплексной связи имеет центральный пункт и один или несколько периферийных пунктов, находящихся за диэлектрической преградой и на известных расстояниях    r до неё. Заданы основные технические характеристики радиоканала без потерь, состоящего из передающего антенно-волноводного тракта центрального  пункта, воздушной среды, диэлектрической преграды и приемного антенно-волноводного тракта периферийного пункта.

        1.1.1.Центральный пункт имеет передатчик с его заданной мощностью    Pген ( в табл. Pr)  и выходным сопротивлением   Rrен, нагруженный на коаксиальную линию передачи, соединённую с передающей антенной, которая близка по своим характеристикам к элементарноиу электрическому вибратору (электрическому диполю). Из эксперимента известны : коэффициент отражения от передающей антенныГн   и коэффициент полезного действия   ŋ   антенно-волноводного тракта. Задана поляризация излучаемой в свободное пространство гармонической электромагнитной волны и угломестное расположение θ периферийного пункта.

1.1.2.Диэлектрическая преграда имеет параметры  и относительный коэффициент преломления . Она окружена воздухом с параметрами:

1 = 1,0006;1= 1,00000038;1= 10-10[См/м].

     1.1.3.Приемный антенно-волноводный тракткаждого периферийного пункта находится в воздухе за преградой в непосредственной близости от неё и выполнен в виде пирамидальной рупорной антенны с поперечными размерами А и В в раскрыве, которая соединена со стандартным прямоугольным волноводом с поперечными размерами . Задан коэфициент передачи t11   на прием для участка линии “раскрыв рупорной антенны –начало стандартного прямоугольного волновода ”. Известен  также коэфициент бегущей волны   Кб   в  прямоугольном волноводе.

1.2. Перечень расчетных заданий и содержание пояснительной записки по

домашней контрольной работе

1.2.1. Изобразить схему рассчитываемой линии с взаимным положением антенны центрального и периферийного пунктов относительно поверхности Земли с учетом диэлектрической преграды, а также вид их диаграмм направленности (ДН) в электрических и магнитных плоскостях.

1.2.2. Определить среднюю частоту      линии передачи периферийного пункта и пользоваться ею в последующих расчётах радиолинии в целом, а также длинн волн в коаксиальной и волноводной линиях.

1.2.3. Расчитать поперечные размеры коаксиальной линии по заданным   εл ,    и

   a / b.

1.2.4. Определить мощность излучения  Ри  антенны центрального пункта и амплитуды составляющих электрического и магнитного полей с учетом потерь в воздухе перед диэлектрической преградой и за ней, а также среднее значение вектора Пойнтинга

( П ) перед рупорной антенной и на входе стандартного прямоугольного волновода; при этом Ри рассчитывать в режиме согласования.

1.2.5. Для анализа ЭМП перед диэлектрической преградой и за ней найти:

а) углы отражения и преломления;

б) характеристические сопротивления обоих сред;

в) коэффициенты отражения и преломления;

г) длины волн а обоих средах;

д) угол падения, при котором будет отсутствовать отраженная (преломленная) волна.

1.2.6. Определить амплитуды отраженной и преломленной волн и записать выражения для мгновенных значений составляющих напряженности электрического поля  (в обоих средах).

1.2.7Изобразить результат п.1.2.6 графически, считая координату y=0, для заданного момента

времени, а также распределение амплитуды результирующего электрического поля в первой среде (см. методику построения графиков в приложении 1).

1.2.8.  Определить допустимый и предельный уровень мощности обоих трактов, а также  в прямоугольном волноводе.

1.2.9. Рассчитать методом эквивалентного сечения входные сопротивления обеих антенн по заданным параметрам режима и расстояния до эквивалентного        сечения   .(в случае задания последнего).

1.2.10. Рассчитать и построить диаграмму направленности (ДН) антенны периферийного пункта в обеих главных плоскостях для основной волны и уровень первых боковых лепестков по мощности в децибелах по отношению к главному лепестку для заданных значений (Ах В). Определить ширину ДН в обеих плоскостях.

1.2.11. Обеспечить     режим   согласования генератора с излучающей антенной на центральном пункте и рупорной антенны на периферийном путём  выбора  и  расчёта соответствующих согласующих устройств по указанному ниже варианту.

1.2.12. Изобразить распределение поля вдоль линии передачи до согласования и после него.

1.2.13. Изобразить принципиальную схему линии связи вместе с рассчитанными согласующими устройствами.

1.3. Примечания ( допущения):

Определение составляющих поля излучения вибраторной антенны в дальней зоне производить приближённо по соотношениям для элементарного электрического диполя.

Считать, что распространение радиоволн происходит в свободном пространстве,

    поскольку антенны подняты на достаточно большую высоту.

Для диэлектрической преграды считать, что фронт падающей волны является плоским и , а границы раздела с окружающим её воздухом идеально гладкими.

Поперечные размеры диэлектрической преграды намного больше раскрыва антенны периферийного пункта а её толщина кратна

При расчёте согласующего устройства периферийного пункта на прямоугольном волноводе пользоваться формулой волнового сопротивления по напряжению.

Приоритетным считается выполнение расчетной части работы на ПЭВМ.

В случае расчёта согласующих устройств и входных сопротивлений антенн с помощью круговой диаграммы Вольперта-Смита методику расчёта по ней пояснять соответствующими рисунками.

Вариант № 11

Расстояние между вибратором и приемной антенной: R=20000м.

Угол   : =90Вид поляризации:                                                                Вертикальная.

Параметры центрального пункта

Линия передачи – коаксиальный волновод.

Мощность генератора:                                                Pr=150Сопротивление генератора :                                    Rr=76.8Коэффициент отражения:                                                   |Гн|=0.3Коэффициент полезного действия волноводного тракта:Эквивалентное сечение:

=30мм, в сторону генератора

Параметры коаксиальной линии:

fH11кр.=13.58 Ггц.

              а/b=3.6

л=1

Eпред=25кВ/мм

Тип согласующего устройства:

/4 трансформатор на входе линии передачи;

С - шлейф.

Характеристики периферийного пункта

Линия передачи — прямоугольный волновод.

Размеры рупорной антенны и ее коэффициент передачи:

АВ, мм: 240200.

t11=0,9.

КБ=0.6

Эквивалентное сечение:

=35мм, в сторону нагрузки

Параметры прямоугольного волновода:

, мм  = 9045.

В=1.

Тип согласующего  устройства:

L- шлейф, последовательный.

2.1. Выполнения работы

2.1.1. Схема рассчитываемой линии с взаимным положением антенны центрального и периферийного пунктов относительно поверхности Земли с учетом диэлектрической преграды

Cистема связи. Вид сверху.

Cистема связи. Вид сбоку.

1 – передающая вибраторная антенна; 2 – передатчик; 3-приемная антенна

Диаграммы направленности элементарного электрического диполя:

В качестве передающей антенны используется электрический вибратор с горизонтальной поляризацией. Диаграмма направленности  в пространственной форме имеет вид формы тора. Но часто удобнее пользоваться плоскостными ДН: меридиональной (Е-плоскость) и экваториальной (Н-плоскость). Диаграммы направленностей имеют вид:

меридиональная (Е-плоскость) ДН:                         экваториальная (Н-плоскость) ДН:

В качестве приемной антенны  используется прямоугольный волновод с открытым концом и с поперечными размерами 90х45 мм. Диаграмма направленности приёмной антенны будет выглядеть как диаграмма направленности элемента Гюйгенса и будет иметь форму кардиоиды в Е- и Н-плоскостях:

2.1.2. Определение средней частоты      линии передачи периферийного пункта, а также длинн волн в коаксиальной и волноводной линиях.

λср=1,4а; а=90 мм. => λcp=126 мм, где - средняя длина ЭМВ в свободном пространстве приe = 1.

м/с

м

Гц

На данной средней частоте на приемной стороне реализуется одно-волновой режим (распространяется основная ЭМВ H10).

б) Определим длину волны в коаксиальной линии (В коаксиальной линии также нужно обеспечивать одноволновой режим. Условия его установления рассмотрим в пункте 3, а во внимание возьмём тот факт что в коаксиальной линии распространяется  только основная волна – Т-волна, длину которой определим по ниже приведенной формуле.):

м

где  =1 – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика заполняющего коаксиальную линию;λср=126 мм  –  средняя длина ЭМВ в свободном пространстве приe = 1.

в) Определим длину волны в прямоугольной волноводной  линии  для основной волны  , учитывая, чтоeПВ = 1. (Условие одноволнового режима определено в п. 2.а. через ):

м = 90мм

м

м

м

Длина волны в волноводной линии  -17,6 см

2.1.3. Расчет поперечные размеры коаксиальной линии по заданным εл ,    и  a / b.

=13,58ГГц;                    =1;                           =3,6;

Для того чтобы определить a и b необходимо решить следующую систему уравнений:

=>b=0.00152м=1.522ммоткуда:

a =3.6∙1.522=5.479мм

То есть расчетные поперечные размеры коаксиальной линии:

a*b=5.479*1.522(мм)

a, b - это соответственно большой и малый радиусы в коаксиальной линии.

б) Проверим условия одноволнового режима в коаксиальной линии:

Чтобы на передающей стороне реализовывался одноволновый режим, необходимо, чтобы выполнялось условие:

lкл>p(a+b);

lкл=126мм;p(a + b)=21.994мм126 >21.994

то естьlкл>p(a+ b)

Так как выполняется условие, то для заданной частоты fср и  поперечных размеров a*b коаксиальной линии будет реализовываться одноволновый режим передачи, как на передающей, так и на приемной стороне.

2.1.4. Определение мощность излучения  Ри  антенны центрального пункта и амплитуды составляющих электрического и магнитного полей с учетом потерь в воздухе перед диэлектрической преградой и за ней, а также среднее значение вектора Пойнтинга  ( П ) перед рупорной антенной и на входе стандартного прямоугольного волновода; при этом Ри рассчитывать в режиме согласования

а) Значение РИ рассчитаем в режиме согласования, учитывая, что распространение радиоволн происходит в свободном пространстве, поскольку антенны подняты на достаточно большую высоту. Определим мощность излученияPu:

PИ= PГ;

гдеh - КПД антенно-волнового тракта; PГ- мощность генератора:

150∙0,8=120(Вт)

Определим амплитуды составляющих электрического и магнитного полей с учетом потерь в воздухе перед диэлектрической преградой.Для этого запишем формулы определения амплитуд электрических и магнитных полей в дальней зоне идеального ЭЭВ:

Сначала найдем потери:

Для электрического вибратора амплитуды поля при расстоянии до точки наблюдения во много раз большем, чем длина волны определяются формулами:

(гдеIm, l - амплитудное значение тока и длинна вибратора соответственно) .

С этой формулы выразим(Im× l):

;lср=0.126м;           Pu =120Вт;

Подставим значение Im× l  в Emax и Hmax (учитывая начальные условия):

R =20 км=20·103 м;         Z0=120·p Ом;      =1;qs=90°

A

В/м

б) Определим амплитуды составляющих электрического и магнитного полей с учетом потерь в воздухе после диэлектрической преграды.

         Поскольку в допущении  мы приняли, что толщина данной диэлектрической преграды есть кратной  , то это означает, что для распространения волн она не есть преградой, т.е., после прохождения через эту диэлектрическую преграду, то амплитуды Е и Нне изменятся.

в) Среднее значение вектора Пойтинга перед рупорной антенной определим по формуле:

Для того что бы найти среднее значения вектора Пойтинга после рупорной антенны перед входом в волновод, воспользуемся коэффициентом передачи рупорной антенныt11 = 0.9

Вт/м

2.1.5. Для анализа ЭМП перед диэлектрической преградой и за ней найдем:

а) углы отражения и преломления;

б) характеристические сопротивления обоих сред;

в) коэффициенты отражения и преломления;

г) длины волн в обоих средах;

д) угол падения, при котором будет отсутствовать отраженная (преломленная) волна.

а)Для нахождения углов отражения и преломления используем закон синусов:

б)Характеристические сопротивления сред:

в)Рассчитаем коэффициенты отражения и преломления для линейной горизонтальной поляризации   (в задании заданна вертикальная поляризация, но это относительно земли, а относительно преграды поляризация будет горизонтальной.):

г)Длины волн в обеих средах

Для нахождения длины волны в обеих средах воспользуемся формулой

Но так как  для воздуха и  для преграды  им пренебрегаем, и формула упростится до

Для воздуха:

Для преграды:

д)Угол падения, при котором будет отсутствовать отраженная (преломленная) волна.

Так как  поляризация горизонтальная, то не будет такого угла при котором будет отсутствовать отраженная(преломленная) волна.

2.1.6. Определение амплитуды отраженной и преломленной волн и записать выражения для мгновенных значений составляющих напряженности электрического поля  (в обеих средах).

Для определения амплитуд отраженной и преломленной волн используем коэффициенты отражения и преломления, найденных раньше, и запишем выражения для мгновенных значений составляющих напряженности электрического поля.

а)Для отраженной волны:

Мгновенные значения составляющих напряженности электрического поля.

Расчет линий передачи сети симплексной связи на http://mirrorref.ru


1. Расчет линий передачи сети симплексной связи

2. Расчет параметров волоконно-оптических линий связи

3. Типовые каналы передачи - принципы формирования и назначение. Типовые каналы аналоговых линий связи. Типовые каналы цифровых систем связи. Классификация МКЛС по количеству каналов и назначению

4. Расчет сети из двух последовательных линий при заданных мощностях нагрузки и напряжений в конце

5. Структура взаимоувязанной сети связи РФ. Общедоступные и корпоративные сети связи

6. Обеспечение дальности связи. Радиорелейные, тропосферные и спутниковые линии (системы) передачи (связи). Магистральные кабельные линии (системы) передачи

7. Расчет ременной передачи по тяговой способности, КПД передачи

8. Общие принципы формирования многоканальных линий связи (МКЛС)

9. Расчет железнодорожных линий

10. Кинематический, энергетический, силовой расчет привода, расчет передачи по контактной выносливости зуба