Методические указания к самостоятельной работе для студентов-заочников специальности 01010105 / составил В. Т. Царенко. Харьков: уипа. 2007г. С
Скачати 333.15 Kb. |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫУКРАИНСКАЯ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ Антенно фидерные устройства и распространение радиоволн Часть первая Методические указания к самостоятельным работам РЕКС - Кафедра радиоэлектроники и компьютерных систем Специальность 7.010104.05 Харьков 2007 Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. Часть первая. Методические указания к самостоятельной работе для студентов-заочников специальности 7.01010105 / составил В.Т. Царенко. - Харьков: УИПА.- 2007г. С.- УЧЕБНОЕ ИЗДАНИЕ Составитель: Царенко Владимир Тимофеевич Ответственный за выпуск: Сахацкий В.В. Редактор Технич. редактор Корректор План 1998, поз. 3 Подп. к печати 2007 Формат 60x84 1/6. Бумага тип №2 Усл. печ. л. 2,2. Тираж 100 экз. Зак. № 13. Цена договорная УИПА, 310003, Харьков, ул.Университетская,16 1.Общие сведения о самостоятельной работе студентов Самостоятельная работа студентов включает в себя изучение теоретических вопросов дисциплины по конспекту лекций и рекомендованной литературе и практическое их применение при решении задач, выполнение лабораторных работ, защиты отдельных разделов дисциплины в рамках модульно-рейтинговой системы и сдачи экзамена по дисциплине в целом. По дисциплине „Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн” часть первая - „Фидерные устройства и распространение радиоволн” предусмотрена защита трех модулей. Первый модуль посвящен фидерным устройствам. Второй - распространение радиоволн земных и в тропосфере. Третий модуль посвящен распространению радиоволн в ионосфере. По каждому модулю студенту предлагается решить ряд задач и ответить на контрольные тесты (вопросы), которые включают в себя теоретические вопросы по теме модуля. Каждый тест имеет порядковый номер и варианты ответа. Приведенные в приложении 2. Студент выбирает правильный вариант и записывает ответ на тест в виде кода, например 10.1. Это означает, что в тесте №10 студент считает правильным 1-й вариант ответа. Для успешного решения предлагаемых в модуле задач приведены теоретические положения по тематике задач. Даны методические указания по их решению. 2.РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ОСНОВНАЯ
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ 6. Царенко В.Т. Имшенецкий В.В., Борисов М.М. Автоматическиеустройства СВЧ. Справочник.- к.: Техника, 1983.- 151с.,ил. 7. Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Введение в специальность радиоинженера.-М.: Высшая школа, 1989-207с.,ил. 8. Антенны:(Современное состояние и проблемы) /под. ред. чл.-корр. АНСССР Л.Д.Бахраха.- М.: Сов. Радио, 1979.-208с.,ил. 9. Никольский В.В. Теория электромагнитного поля.- М.: Высшаяшкола, 1961- 368с.,ил.
3. Модуль №1. 3.1. Содержание модуля, контрольные вопросы и литература для самостоятельной работы. 3.1. 1. Общие сведения о фидерных устройствах Фидеры (определение). Классификация. Первичные и вторичные параметры. Фидерные элементы и устройства. Классификация. Матрицы рассеяния  и передачи  .Параметры и характеристики. Коэффициент бегущей волны (КБВ) и коэффициент стоячей волны (КСВ). Двухпроводная, коаксиальная и полосковая линии. Волноваое сопротивлении линии, длина волны в линии.Волноводные линии. Прямоугольный волновод. Круглый волновод. Параметры коаксиальных линий и их основные типоразмеры Изоляторы в коаксиальных линиях. Повороты и изгибы. Развет-зители (Т - тройнеки, У - тройники). Коаксиальные и волноводные переходы (плавные, ступенчатые). Волноводно-коаксиальные переходы (КВП), полосково- коаксиальные переходы (КПП). Согласованные нагрузки. Коротко замыкатели. Литература: [4] с.8-10, 12-18; [12] с. 9-12, 16-18, 23-25; [3] с. 114-150, 180-183; [11] с. 55 Вопросы для самопроверки
5. Запишите и объясните выражение для матрицы, передачи отрезка линии без потерь длиной L. 6. Получите выражение для коэффициента передачи  волнового четырехполюсника:  7. Изобразите схематически разветвители и их соответствующие эквивалентные схемы. 8. Какие есть способы расширения полосы пропускания КВП и КПП ? 9. Как выбирается поглощающий материал согласованных нагрузок и конфигурация поглощающих вставок ? 3.1.2 Фидерные устройства Ферритовые вентиля и циркуляторы. Фиксированные ослабители и фазовращатели. Детекторные головки. Согласующие устройства (четвертьволновый трансформатор, штыревые трансформаторы, согласующий волноводный трансформатор на диэлектрических вставках, короткозамкнутые шлейфы) Электрически управляемые ключи на р-і-n-диодах. Управляемые электрически коммутаторы на р-і-n-диодах. Электрически управляемые ослабители и фазовращатели на р-і-n-диодах. Антенные поляризаторы. Круговая диаграмма Вольперта и ее применение для расчета СВЧ - цепей Литература : [3], 150 - 152, 180 - 182 ; [4]. с 18 - 24; |11],с 61 -63; [12],с. 2 - 15 . Вопросы для самопроверки 1 Дайте на рисунке условные изображения ферритовых устройств (вентилей и циркуляторов). и объясните их основные функции 2. Какими основными параметрами характеризуются детекторные головки? 3. В чем состоит разница между резонансными диодами и диодами р-і-n структуры ? 4. Докажите, что затухание, вносимое р-і-n-диодным ключом в линию описывается выражением  , где Y - нормированная проводимость р-і-n-диода.
3.2 Задачи для самостоятельной работы и методические указания по их решению Задача №1. Фидер имеющий волновое сопротивление  нагружен на антенну, сопротивление которой,  Требуется, используя круговую диаграмму, согласовать антенну, одним из известных способов, указанных в таблице 1, содержащей исходные данные для расчета.Примечание: знаком "+" отмечены подлежащие расчету величины, знаком "-" - не подлежащие ; вид согласования указан с помощью обозначений: /4 - тр - согласование с помощью четвертьволнового трансформатора; КЗШ.- с помощью короткозамкнутого шлейфа; ℓ0- место включения шлейфа длинной ℓ  или трансформатора ℓ длиной ℓ.Таблица 1
Задача № 1. Решение задачи в случаи использования шлейфа решается в два этапа, после перехода к нормированным значениям ℓ  , R и Х. На первом этапе определяется величина ℓ , которая соответствует сечению в линии, где активная составляющая  (ℓ) равна 1, а реактивная (ℓ) принимает какие-либо значения, зависящие от ℓ. На втором этапе по найденному (ℓ) находит длина ℓ, включаемого в сечение с ℓ, причем  (ℓ) = (ℓ) = -1/х (ℓ).В случае использования для согласования четвертьволнового трансформатора задача решается в один этап, на котором определяется сечение ℓ , в котором имеет место узел или пучность напряжения в линии. В этом месте и включает четвертьволновый отрезок, направленный протяженностью в сторону генератора, имеющий  Оба варианта решения осуществляются легко с использованием круговой диаграммы (см. Приложение 1, в котором приведены диаграммы и даны практические примеры ее использования. Определите на круговой диаграмме Вольперта точки, соответствующие  Сопротивление нагрузки  ; определить с помощью круговой диаграммы сопротивления в линии  в сечении  , и фазу коэффициента отражения в этом сечении.Проводимость линии в сечении  от конца линии  требуется определить приведенную проводимость нагрузки.4 МОДУЛЬ №2 4.1 Содержание модуля, контрольные вопросы. 4.1.1 Общие вопросы распространения радиоволн Волновое уравнение и его общее решение. Фронт волны. Поляризация волны. Распространение радиоволн в идеальном диэлектрике и однородной полупроводящей среде. Влияние земли на распространение плоских радиоволн. Принцип Гюйгенса и зоны Френеля. Литература :[1] с. 19 - 39, 49 - 53, [5]. с. 2 - 10; [9], с 174 - 180, 193-211. Вопросы для самопроверки 1. Запишите пару волновых уравнений и им соответствующие волновые функции, дайте физическую трактовку записанным математическим соотношениям. 2 Что такое поляризация РВ и какие виды поляризации волн считаются основными ? 3. В чем состоит смысл принципа зеркального отображения и в чем состоит сущность рефракции РВ ?
4.1.2 Распространение земных РВ без учета влияния тропосферы Общие определения, относящиеся к характеристикам земной поверхности и тропосферы. Электрические параметры почвы. Три случая распространения земных РВ Распространение земных РВ над плоской поверхностью. Распространение земных РВ над сферической поверхностью. Распространение радиоволн над неровной поверхностью и при наличии экранирующих препятствий. Литература: [1]. с. 56-58, 62-66, 77-73, 87-91; [5]. с.11-20; [9]. с.191-206 Вопросы для самопроверки 6. Поясните каким образом возникает наклон плоского фронта волны в месте приема при распространении вертикально поляризованной волны над полупроводящей поверхностью земли. 7. В чем заключается практическое значение наклона фронта волны, распространяющейся надземной поверхностью, которая имеет конечное значение проводимости почвы? 8. Поясните особенности распространения. РВ, изучаемой антенной над плоской землей при условии, когда передающая антенна расположена непосредственно у земли. 9. Что вы знаете о распространении радиоволн над неоднородной поверхностью, например, над поверхностью суши - моря? 10. Как учитывается сферическая поверхность земли при расчете радиотрассы 4.1.3 Распространение земных РВ с учетом влияния тропосферы. Тропосфера, состав и ее строение Коэффициент преломления n атмосферы. Атмосферная рефракция. Тропосферные радиоволны (тропосферный волновод). Учет рассеяния радиоволн в тропосфере. Замирание сигналов при тропосферном распространении РВ, поглощение РВ в тропосфере. Распространение радиоволн различных частотных диапазонов. Литература: [1]. с 147-149, 151, 152, 157-163, 167-173, 177-179, 192-194. 204-206; [5]. с. 21-35. Вопросы для самопроверки
4.2 Задачи для самостоятельной работы и методические указания по их решению Задача № 1 Система радиосвязи работает на частоте f0 и представлена источником в пункте А мощностью РА и приемником в пункте В при расстоянии между указанными пунктами r. При КНД антенн DА и Dв приемник принимает сигнал мощностью Рв, при чем приемник рассогласован на уровне КБВ с антенно-фидерным трактом. Требуется рассчитать численные значения параметров величин, которые в таблице 2 исходных данных для расчета, приведены в буквенном виде. Таблица 2
Задача № 2 Для решения задачи надо использовать общее уравнение радиосвязи  и соотношение, связывающее проходящую мощность сигнала Рпр, подающую мощность Рп и коэффициент отражения Г, а также его связь с КБВ :  и КБВ = В зависимости от сочетания известных и неизвестных величин приведены соотношения комбинируются таким образом, чтобы искомая величина выражалась как функция заданных величин. Задача № 3. Рассчитать составляющие Еу действующего значения электрического поля Ед земной РВ в точке приема В, расположенной на высоте h2, если передатчик в точке А излучает на длине волны мощностью РA с помощью ненаправленной антенны, поднятой на высоту h1. Расстояния между пунктами А и В равно r, поверхность земли плоская и идеально проводящая, а полупространство распространения РВ является тропосферой при условии дождя и тумана., которые вызывает слабое поглощение, характеризуемое коэффициентом поглощения . Задача решается для одного из двух типов поляризации волны (см. исходные данные в таблице 3 и рис.1) Таблица 3.
Задача № 3 Решение задачи основываются на использовании формул, устанавливающих связь действующих значений полей прямой ЕВ1 и отраженной ЕВ2 волны в точке В с мощностью РА в точке А:   при известных r1, r2 и Δr, а также угле потерь фазы при отражении . Указанные величины можно рассчитать используя соотношения:   5 Модуль № 3. 5.1. Соддержание модуля. Контрольные вопросы 5.1 Распространение РВ в ионосфере Распространение радиоволн в однородном ионизированном газе. Преломление и отражение радиоволн в ионосфере. Поглощение радиоволн. Распространение длинных волн. Распространение средних волн. Распространение коротких волн; зоны молчания, эхо на коротких волнах. Распространение ультрокоротких волн. Атмосферные и космические помехи. Состав ионосферы. Образование ионосферы. Электрические свойства. Взаимодействие ионосферы и электро-магнитного поля. Плазменная частота 0. Литература: [1] с 208-212, 216-220, 224-226, 229, 255 - 264, 276 - 279, 297 - 299, 303, 307, 309, 319-328, 366 - 371, 374, 379; |2|. с 67 - 87; |5] с. 36 - 58 . с. 21-28. Вопросы для самопроверки 1. Объясните влияние частоты f и электронной концентрации Nэ и угла падения 0 на характер распространения РВ.
8. Каков "газовый" состав ионосферы и почему он изменяется с высотой ? 9. Дайте краткие описание эффекта слоистости ионосферы и чем она вызвана. 5.2 Задачи для самостоятельной работы и методические указания по их решению   Задача №4. Система телевизионной связи приведена на рис. 2., где в точке А показана антенна передающего центра на высоте h1, а в точке В - приемная антенна абонента на высоте h2. Мощность передатчика телецентра РA при КНД равном DA на средней длине волны ср. Требуется рассчитать ( без учета отражений РВ от земли) амплитуду Uм.вх сигнала на входе согласованного приемника, если КНД антенны абонента равен Dв, а входное сопротивление приемника Рпр= 75 Ом. Исходные данные для расчета приведены в таблице 4. Таблица № 4
Задача № 4 В этой задаче используется общее уравнение связи и выражение для расстояния прямой видимости  . При известной мощности Рв в приемной антенне напряжение можно рассчитать по известному соотношению  Задача № 5. Воспользуйтесь формулой, которая связывает частоту f радиоволны со значением электронной концентрации Nn в точке поворота ионосферной волны, углом возвышения и рис.3 объясните, дав письменный текст, каким образом распространяются волны различных частотных диапазонов при их взаимодействии со слоями Е, Д, F1, и F2 ионосферы. Задача № 5 В основу решения задачи необходимо положить соотношение  кГц, при N   э/см3 Рисунок 3 - Образование нескольких максимумов ионизации в неоднородной атмосфере ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Круговая диаграмма полных сопротивлений и проводимостей. 1. Общие теоретические положения Круговая диаграмма значительно облегчает расчет антенно-фидерных устройств, в частности, при определении входных сопротивлений фидеров, нагруженных антенной, входным сопротивлением передатчиков или входным сопротивлением приемников. В основу построения круговой диаграммы положены соотношения для безразмерных (нормированных относительно волнового сопротивления фидера ф) входного сопротивления Z(ℓ), проводимости  g(ℓ) и коэффициента отражения Г(ℓ), записанных для произвольного сечения линии, удаленного от нагрузочного конца линии на расстоянии ℓ:   где  - фаза Г на нагрузке (здесь строчными буквами обозначены нормированные значения соответствующих величин).Круговая диаграмма состоит из трех плоских координатных сеток, наложенных одна на другую (рис. П1.1-П.1.4). Первая и вторая сетки (рис. П1.1, П1.2) образованны линиями (окружностями) постоянной активной составляющей приведенного сопротивления  или проводимости  и линиями (дугами) постоянной реактивной составляющей приведенного сопротивления Х(ℓ), или проводимости в(ℓ), соответственно. Третья сетка (рис. П1.3) составлена из координатных линий - семейства концентрических окружностей, каждая из которых соответствует расстоянию ℓ от нагрузки (см. значение угла, показанное на рис.П1.1-П1.3). Как видим, если, например, точка МО соответствует коэффициенту Г на нагруженном конце линии, то  в сечении ℓ будет соответствовать точке М, смещенной относительно М0 по дуге окружности данного  на дуговое расстояние  . Для удобства отсчета дуговых расстояний на переферии диаграммы (по образующей внешней окружности) нанесена специальная круговая шкала с делениями в долях длины волны в линии  , причем пределы изменения ее ℓ'=0÷0.5 соответствует расстоянию в  (углах 0÷1800).  Рис. ПI.2  Рис. ПI.4 Рис. ПI.3 Рисунок П1-П1.4 - Координатные сетки круговой диаграммы Вольперта Характерными точками и линиями диаграммы являются:
Точка О и Р смещены на угловое расстояние  , что соответствует значению 0,25 на переферийной окружности.Круг внутри окружности, соответствующей г=0. образует геометрическое место точек всевозможных комплексных сопротивлений, проводимостей и коэффициентов отражения (рис П1.4). Причем каждому значению из указанных величин соответствует одна единственная точка. Значения  отсчитываются на линии  - отрезок КОР. значения  отсчитываются на перефирийной окружности, где  . Координатная сетка проводимостей  в точности повторяет сетку  с заменой r на g и X на b. При этом точка О остается точкой замкнутого режима, а точка Р - режима короткого замыкания.Точки линии Х=0 фактически выражают численные значения модуля , а также связанные с ним значения активной составляющей r. Но так как величины r через связаны с величиной КБВ ( КСВ), то указанные точки также обозначают и значения КБВ (верхняя половина линии - отрезок ОК) или КСВ (нижний отрезок линии ОР).При движении наблюдателя вдоль линии от нагрузки, где ℓ=0, к генератору фаза  - угловое расстояние изображающей точки - изменяется пропорционально удвоенному электрическому расстоянию  и это соответствует перемещению точки  по окружности КБВ=соnst или =соnst от точки (где принимается  ) на расстоянии в сторону генератора (на диаграмме - по часовой стрелке) при расчете входного сопротивления фидера, в случае определения  по известному и расстоянию ℓ такое же перемещение из точки совершают в сторону нагрузки.За начало отсчета угла  на диаграмме принимается точка К (ℓ=0), на диаграмме - точка Р (ℓ'=0.25). Причем, поскольку положительный отсчет ведется по часовой стрелке, то надо иметь в виду, что если исходная точка находится в нижней части диаграммы (где ), то отсчет должен вестись уже не от точки К, а от точки Р (хотя оцифровка шкалы начинается от точки К).При использовании диаграммы проводимостей следует знать, что положительная мнимая часть проводимости соответствует не индуктивности, а емкости. 2. Примеры использования круговой диаграммы, приведенной на рисунке П1.4 2.0. Общие указания Приведенные ниже примеры решения задач с использованием круговой диаграммы Вольперта иллюстрированы с помощью тех или иных обозначений и построений на рис.П1.5. Это делает изложение процедурного существа более наглядным и облегчит выполнение как контрольной работы, так и составление ответов на контрольные вопросы для самопроверки. 2.1 Определение входного сопротивления линии  по заданному  при  .Решение задачи осуществляется в такой последовательности На пересечении окружности  дуги Х=1.4 находим точку МО. По пунктирной окружности постоянного КСВ, соответствующего значению , перемещаемся в сторону генератора на дуговое расстояние  , которое отсчитываем от точки  до точки  =0,182+0,7-0,5=0,382, лежащей на соответствующей периферийной окружности. Далее прикладываем линейку к этой точке и началу координат. На пересечении этой линейки и пунктирной окружности находим точку М, изображающую искомое входное сопротивление .2.2.Определение сопротивления нагрузки по заданному входному сопротивлению  .Решение задачи в процедурном отношении такое же. как и в 2.1. за исключением того, что смещение исходной точки М0 по дуге КСВ, соответствующей КСВ=1,3 следует осуществлять в сторону нагрузки на расстояние  =0,312+0,11=0,423 в точку М, которая и определяет искомое полное сопротивление  .2.3.Определение входной проводимости линии при следующих исходных данных: проводимость нагрузки  , длина линии =0,275.Для решения поступаем также, как в 2.2. имея в виду, что сетка может рассматриваться также и как сетка  Получаем ответ:  .2.4.Требуется согласовать нагрузку методом Татаринова. Рассогласо-ванная нагрузка имеет проводимость  . В этом методе используется трансформатор (отрезок линии) с волновым сопротивлением  (- сопротивление основной линии) и короткозамкнутый шлейф с входной проводимостью  .Решение осуществляют в два этапа. На первом этапе находим длину трансформатора  при которой входная проводимость трансформатора  . На втором этапе находим длину шлейфа  по найденной выше величине  и условии  . Процедура согласования на этапах осуществляется следующим образом. На диаграмме проводимостей для заданной  находим точку  (рис П1.4) и далее по окружности, соответствующей  , перемещаются в сторону генератора до пересечения с окружностью  (точка М5). Очевидно, что расстояние соответствует показанному на диаграмме  , а значение проводимости в этой точке составит  . Далее определяем длину  короткозамкнутого шлейфа, учитывая, что решили к.з. на диаграмме проводимостей есть точка Р. С этой целью из начала координат проводим прямую до пересечения окружности чисто реактивных проводимостей в точке  . Такая линия пересечения с внешней периферийной окружностью значений определит точку  , которая и определит длину шлейфа =0.085, отсчитанную от точки Р в сторону к генератору в точку  (рис.П1.5)  а- пример 2.1; б- пример 2.2; в- пример 2.3; г- пример 2.4 Рисунок ПI.5 - Примеры практического использования диаграммы Вольперта | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
: 
.
);Схожі:
 | Методические указания для самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям по детским болезням Е. А. Бельская, И. М. Островский, М. С. Острополец, Е. А. Толстикова, Л. Л. Челпан, Н. А. Ходанич Методические указания для самостоятельной... | | Методические указания Методические указания к курсовому проекту Водоприемные сооружения по курсу Водоснабжение (для студентов 4-5 курсов дневной и... |
| Методические указания для самостоятельной подготовки к практическим занятиям по ортодонтии для студентов 4 курса стоматологического факультета Доннму. Методические указания соответствуют рабочей программе по ортодонтии для специальности 110106 Стоматология. Донецк, 2012.... | | Н. В. Гринева Методические указания к практическим занятиям, расчетно-графическим работам и самостоятельной работе по дисциплине «Инженерная графика и черчение» для студентов 1 курса заочной формы обучения Методические указания к практическим занятиям, расчетно-графическим работам и самостоятельной работе по дисциплине Инженерная |
| Методические указания Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине Водоснабжение (для студентов 4 курса всех форм обучения специальности... | | Методические указания Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Прикладная гидроэкология» (для студентов 3 курса дневной формы... |
| Е. А. Маковкин конструктивно пластичное построение головы человека методические указания Методические указания для практических занятий и выполнению самостоятельной работы по курсу «Рисунок, живопись, скульптура» (для... | | Е. А. Маковкин конструктивно пластичное построение головы человека методические указания Методические указания по самостоятельной работе и выполнению практического задания по курсу «Рисунок. Живопись. Скульптура» (для... |
| Методические указания для студентов IV курсов медицинских факультетов по самостоятельной подготовке Методические указания предназначены для самостоятельной подготовки к практическим занятиям по педиатрии (модуль Наиболее распространенные... | | И. А. Бабенко рисунок человека и ландшафта методические указания Рисунок человека и ландшафта: Методические указания к практическим занятиям и выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Рисунок.... |
| Е. А. Маковкин рисунок деталей головы методические указания Рисунок деталей головы. Методические указания к практическим занятиям и выполнению самостоятельной работы по курсу «Рисунок. Живопись.... |