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. Реферат Расчет линий передачи сети симплексной связи

2. Реферат Расчет параметров волоконно-оптических линий связи

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

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

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

7. Реферат Оборудование центров сети ZXG 10 конспект лекций по дисциплине Системы и сети связи с подвижными объектами

8. Реферат Классификация линий связи

9. Реферат Расчет ременной передачи по тяговой способности, КПД передачи

10. Реферат Общие принципы формирования многоканальных линий связи (МКЛС)