Моделирование и исследование элементов конструкции антенны с помощью программы MANNA

Тип:
Добавлен:

1. Моделирование и исследование элементов конструкции антенны с помощью программы MANNA

- это программа моделирования антенн, работающая в среде Windows. Вычислительной основой MMANA (так же, как и многих коммерческих программ моделирования) является программа MININEC Ver.3, которая была создана для целей американских ВМС в Washington Research Institute.

Все дополнительные функции и интерфейсы написаны JE3HHT. Программа позволяет:

создавать и редактировать описания антенны, как заданием координат, так и мышкой. Не надо набирать вручную длинные ряды цифр, описывающих координаты каждого провода в трехмерном пространстве;

рассматривать множество разных видов антенны. Рассчитывать диаграммы направленности (ДН) антенн в вертикальной и горизонтальной плоскостях (под любыми вертикальными углами);

одновременно сравнивать результаты моделирования нескольких разных антенн (ДН и все основные характеристики);

редактировать описание каждого элемента антенны, включая возможность менять форму элемента без сдвига его резонансной частоты. То есть можно легко трансформировать «волновой канал» в «квадраты» или «дельты»;

редактировать описание каждого провода антенны. Имеется возможность перекомпоновки антенны без утомительного перебора цифр координат, простым перетаскиванием мышкой (практически всю антенну можно нарисовать и редактировать одной мышкой);

просчитывать комбинированные провода, состоящие из нескольких, разных диаметров. Это полезно при расчете элементов, составленных из труб разного диаметра, например, «волновых каналов». Использовать удобное меню создания многоэтажных антенн - стеков, причем в качестве элемента стека можно использовать любую существующую или созданную антенну;

оптимизировать антенну, гибко настраивая цели оптимизации: ZВХ, КСВ, усиление, F/B, минимум вертикального угла излучения, причем предельно наглядно - движками указывается важность того или иного параметра. Задавать изменение при оптимизации более 90 параметров антенны. Возможно описание совместного (зависимого) изменения нескольких параметров;

сохранять все шаги оптимизации в виде отдельной таблицы. Это полезно для последующего неспешного просмотра и анализа - не мелькнет ли там чего любопытного, чего исходно и в виду-то не имели. Строить множество разнообразных графиков: ZВХ, КСВ, усиления, отношения излучений вперед/назад (F/B), включая показ ДН от частоты;

автоматически рассчитывать несколько типов согласующих устройств (СУ), причем возможно включать и выключать их при построении графиков. Создавать файлы-таблицы (формата *.csv, просматриваемого в Excel) для всех переменных расчетных данных: таблицы токов в каждой точке антенны, зависимости усиления от вертикальных и горизонтальных углов, таблицы основных параметров антенны как функций частоты, и наконец весьма полезную таблицу напряженности электрического и магнитного полей антенны в заданном пространстве. Она необходима для определения соответствия антенны на требования электромагнитной совместимости;

рассчитывать катушки, контура, СУ на LC элементах, СУ на отрезках длинных линий (несколько видов), индуктивности и емкости, выполненные из отрезков коаксиального кабеля;

ограничений по взаимному расположению проводов нет. Это означает, что любая конфигурация проводников будет рассчитана корректно. Максимальное число: проводов - 512, источников - 64, нагрузок - 100 [5].

1.1 Исследование влияния зазора в симметричном вибраторе на степень согласования и рабочую полосу

Общая длина симметричного вибратора 0,5·λ. Радиус провода в середину которого подключается источник ЭДС - 0,0002·λ. Радиус плеч симметричного вибратора - 0,01·λ. Зазоры для подключения ЭДС изменяем от 0,001·λ до 0,05·λ с шагом 0,001·λ.

Для каждого зазора проводим оптимизацию с целями по максимальному усилению, КСВ и согласованию на частоте 861 МГц.

Графики значений КСВ от частоты приведены на рис. 2.1 - 2.5 соответственно.

На частоте 861 МГц определяем минимальное значение КСВ, абсолютную и относительные полосы рабочих частот по уровню КСВ = 1,5 и по уровню КСВ = 2. Результаты расчетов сведены в табл. 2.1 - 2.4.

Таблица 2.1

КСВ = 1,5Z, в λfксв мин, МГцl, мl(f), смf1, МГцf2, МГц0,001854,3120,078568,78823,316874,9760,002861,20,076558,71833,648892,1960,003857,7560,076478,74826,76888,7520,004854,3120,076358,78823,316885,3080,005854,3120,075668,78823,316888,7520,006857,7560,075178,74823,316888,7520,007854,3120,074818,78823,316888,7520,008854,3120,074478,78823,316888,7520,009857,7560,073968,74823,316892,1960,01857,7560,073478,74823,316892,1960,011857,7560,072988,74823,316892,1960,012857,7560,072628,74823,316892,1960,013857,7560,072138,74823,316895,640,014857,7560,071778,74823,316892,1960,015857,7560,071288,74823,316895,640,016861,20,070798,71826,76895,640,017857,7560,070438,74826,76895,640,018857,7560,069948,74826,76895,640,019857,7560,069588,74826,76895,640,02861,20,069098,71826,76895,640,021861,20,068758,71826,76895,640,022861,20,068248,71826,76899,0840,023857,7560,067898,74826,76895,640,024861,20,067398,71826,76899,0840,025861,20,067058,71826,76895,640,026861,20,066568,71830,204899,0840,027861,20,06628,71826,76899,0840,028861,20,065718,71830,204899,0840,029861,20,065238,71830,204899,0840,03861,20,064528,71830,204899,0840,031861,20,064218,71830,204899,0840,032861,20,06428,71830,204895,640,033861,20,063828,71830,204895,640,034861,20,063318,71830,204895,640,035861,20,062978,71830,204895,640,036861,20,062788,71830,204895,640,037861,20,061678,71833,648895,640,038861,20,061338,71833,648895,640,039861,20,060978,71833,648895,640,04861,20,060488,71833,648895,640,041861,20,060148,71833,648895,640,042861,20,059788,71833,648895,640,043861,20,059448,71833,648895,640,044861,20,058938,71833,648895,640,045861,20,058598,71833,648895,640,046861,20,058258,71833,648892,1960,047861,20,057898,71833,648892,1960,048861,20,05748,71837,092892,1960,049861,20,057048,71837,092892,1960,05861,20,05678,71837,092892,196

Таблица 2.2

КСВ = 1,5Z, в λПабс, МГцПотн, %КСВminКСВсрКукор0,00151,666,081,341,481,10,00258,556,781,281,431,130,00361,997,231,261,421,140,00461,997,261,241,411,140,00565,447,641,221,391,130,00665,447,641,211,381,150,00765,447,641,21,381,140,00865,447,641,191,371,160,00968,888,031,181,371,150,0168,888,031,171,361,170,01168,888,031,161,361,170,01268,888,031,151,351,160,01372,328,411,141,351,180,01468,888,031,131,341,170,01572,328,411,121,341,190,01668,888,001,111,331,190,01768,888,001,11,321,20,01868,888,001,091,321,20,01968,888,001,081,311,20,0268,888,001,081,311,210,02168,888,001,071,311,210,02272,328,381,061,321,220,02368,888,001,051,311,220,02472,328,381,041,311,240,02568,888,001,041,31,230,02668,887,971,031,31,230,02772,328,381,021,311,250,02868,887,971,011,31,240,02968,887,971,011,31,240,0368,887,971,011,311,260,03168,887,971,011,311,260,03265,447,581,021,291,270,03365,447,581,021,31,270,03465,447,581,031,31,290,03565,447,581,031,311,280,03665,447,581,051,321,280,03761,997,171,071,311,30,03861,997,171,081,321,320,03961,997,171,081,321,310,0461,997,171,091,331,330,04161,997,171,11,331,330,04261,997,171,11,341,330,04361,997,171,111,341,340,04461,997,171,121,351,340,04561,997,171,121,351,340,04658,556,781,121,351,330,04758,556,781,131,351,330,04855,106,371,141,351,330,04955,106,371,141,361,330,0555,106,371,151,361,33

Таблица 2.3

КСВ = 2Z, в λfксв мин, МГцl, мl(f), смf1, МГцf2, МГц0,001854,3120,07868,78792,32916,3040,002861,20,07668,71802,652933,5240,003857,7560,07658,74799,208926,6360,004854,3120,07648,78795,764923,1920,005854,3120,07578,78795,764926,6360,006857,7560,07528,74795,764926,6360,007854,3120,07488,78799,208926,6360,008854,3120,07458,78799,208926,6360,009857,7560,0748,74799,208926,6360,01857,7560,07358,74799,208930,080,011857,7560,0738,74799,208930,080,012857,7560,07268,74799,208930,080,013857,7560,07218,74799,208930,080,014857,7560,07188,74799,208930,080,015857,7560,07138,74802,652930,080,016861,20,07088,71802,652930,080,017857,7560,07048,74802,652930,080,018857,7560,06998,74802,652930,080,019857,7560,06968,74802,652930,080,02861,20,06918,71802,652930,080,021861,20,06888,71802,652930,080,022861,20,06828,71806,096930,080,023857,7560,06798,74806,096930,080,024861,20,06748,71806,096930,080,025861,20,06718,71806,096930,080,026861,20,06668,71806,096930,080,027861,20,06628,71806,096930,080,028861,20,06578,71809,54930,080,029861,20,06528,71809,54930,080,03861,20,06458,71809,54930,080,031861,20,06428,71809,54930,080,032861,20,06428,71809,54902,6360,033861,20,06388,71809,54902,6360,034861,20,06338,71809,54902,6360,035861,20,0638,71806,096923,1920,036861,20,06288,71806,096919,7480,037861,20,06178,71812,984902,6360,038861,20,06138,71812,984926,6360,039861,20,0618,71812,984926,6360,04861,20,06058,71812,984926,6360,041861,20,06018,71812,984926,6360,042861,20,05988,71812,984923,1920,043861,20,05948,71812,984923,1920,044861,20,05898,71816,428923,1920,045861,20,05868,71816,428923,1920,046861,20,05838,71816,428923,1920,047861,20,05798,71816,428923,1920,048861,20,05748,71816,428923,1920,049861,20,0578,71816,428923,1920,05861,20,05678,71816,428919,748

Таблица 2.4

КСВ = 2Z, в λПабс, МГцПотн, %КСВminКСВсрКукор0,001123,9814,511,341,631,10,002130,8715,081,281,61,130,003127,4314,771,261,581,140,004127,4314,831,241,571,140,005130,8715,201,221,571,130,006130,8715,201,211,571,150,007127,4314,771,21,551,140,008127,4314,771,191,541,160,009127,4314,771,181,541,150,01130,8715,141,171,551,170,011130,8715,141,161,541,170,012130,8715,141,151,541,160,013130,8715,141,141,541,180,014130,8715,141,131,531,170,015127,4314,711,121,521,190,016127,4314,711,111,511,190,017127,4314,711,11,511,20,018127,4314,711,091,511,20,019127,4314,711,081,511,20,02127,4314,711,081,511,210,021127,4314,711,071,511,210,022123,9814,281,061,51,220,023123,9814,281,051,51,220,024123,9814,281,041,51,240,025123,9814,281,041,51,230,026123,9814,281,031,51,230,027123,9814,281,021,51,250,028120,5413,861,011,491,240,029120,5413,861,011,491,240,03120,5413,861,011,51,260,031120,5413,861,011,51,260,03293,1010,871,021,491,270,03393,1010,871,021,491,270,03493,1010,871,031,51,290,035117,1013,541,031,511,280,036113,6513,171,051,51,280,03789,6510,451,071,51,30,038113,6513,071,081,511,320,039113,6513,071,081,511,310,04113,6513,071,091,521,330,041113,6513,071,11,531,330,042110,2112,701,11,521,330,043110,2112,701,111,521,340,044106,7612,271,121,511,340,045106,7612,271,121,521,340,046106,7612,271,121,531,330,047106,7612,271,131,531,330,048106,7612,271,141,541,330,049106,7612,271,141,541,330,05103,3211,901,151,541,33

По уровню КСВ=1,5 и КСВ=2 минимальное значение КСВ, равное 1,01, получается при зазоре 0,031λ.

На рис. 2.6 приведен график зависимости коэффициента укорочения от величины зазора симметричного вибратора, изменяющегося от 0,001λ до 0,050λ.

На рис. 2.7 приведен график зависимости относительной полосы рабочих частот по уровню КСВ = 1,5 и КСВ = 2 от величины зазора симметричного вибратора, изменяющегося от 0,001λ до 0,050λ.

На рис. 2.8 приведен график зависимости минимального и средних значений КСВ по уровню КСВ < 2 и КСВ < 1,5 от величины зазора симметричного вибратора, изменяющегося от 0,001λ до 0,050λ.

Выводы: На частоте 861 МГц для симметричного полуволнового вибратора с радиусом плеч 0,01·λ при увеличении зазора от 0,001λ до 0,05λ улучшается значение КСВ от 1,34 до 1,01 (при Z = 0,031·λ), затем увеличивается до 1,15.

Наибольшее значение полосы рабочих частот 8,41 % наблюдается при Z = 0,013λ и Z=0,015λ по уровню КСВ = 1,5 и 15,20 % - при Z = 0,005λ и Z = 0,006λ по уровню КСВ = 2.

Наименьшее значение КСВ = 1,01 наблюдается при Z = 0,031λ и обеспечивается полоса рабочих частот 13,86 % (средний КСВ - 1,5) по уровню КСВ = 2 и 7,97 % (средний КСВ = 1,31) - по уровню КСВ = 1,5.

1.2 Исследование влияния диаметра проводников симметричного вибратора на рабочую полосу частот

Общая длина полуволнового симметричного вибратора 0,5λ. Зазор для подключения ЭДС выбираем 0,006λ, радиус провода 0,0002λ. Для каждого радиуса провода проводим оптимизацию с целями по наилучшему КСВ и согласованию. Исследования выполняем для радиусов от 0,001λ до 0,03λ с шагом 0,001λ. На частоте 861 МГц определяем минимальное значение КСВ, абсолютные и относительные полосы рабочих частот по уровню КСВ = 1,5 и по уровню КСВ = 2. Результаты расчетов сводим в табл. 2.5 - 2.8.

Графики значений КСВ от частоты приведены на рис. 2.9 - 2.11 соответственно.

На частоте 861 МГц определяем минимальное значение КСВ, абсолютные и относительные полосы рабочих частот по уровню КСВ = 1,5 и по уровню КСВ = 2. Результаты расчетов сводим в табл. 2.5 - 2.8.

Таблица 2.5

КСВ = 1,5a, в λfксв мин, МГцl, мl(f), смf1, МГцf2, МГц0,001854,6560,0818,78848,112867,7440,002854,6560,088,78841,568867,7440,003854,6560,088,78841,568867,7440,004854,6560,0798,78835,024874,2880,005854,6560,0798,78835,024874,2880,006854,6560,0788,78835,024874,2880,007854,6560,0778,78828,48874,2880,008854,6560,0778,78828,48880,8320,009854,6560,0768,78828,48880,8320,01854,6560,0758,78821,936887,3760,011854,6560,0758,78821,936887,3760,012854,6560,0748,78821,936893,920,013854,6560,0748,78821,936893,920,014854,6560,0738,78821,936893,920,015861,20,0728,71821,936907,0080,016861,20,0728,71821,936907,0080,017861,20,0728,71815,392913,5520,018861,20,0718,71815,392913,5520,019861,20,0718,71815,392913,5520,02867,7440,0688,64828,48913,5520,021867,7440,0688,64821,936920,0960,022867,7440,0688,64821,936920,0960,023867,7440,0678,64821,936920,0960,024867,7440,0678,64821,936920,0960,025867,7440,0678,64821,936920,0960,026867,7440,0668,64821,936920,0960,027867,7440,0668,64821,936926,640,028867,7440,0668,64821,936926,640,029867,7440,0668,64821,936926,640,03867,7440,0668,64821,936926,64

Таблица 2.6

КСВ = 1,5a, в λПабс, МГцПотн, %КСВminКСВсрКукор0,00119,632,291,411,441,070,00232,723,811,391,431,090,00326,183,061,371,41,090,00439,264,591,351,411,100,00539,264,591,331,391,100,00639,264,591,311,371,120,00745,815,381,31,361,130,00852,356,131,281,361,130,00952,356,131,251,331,140,0165,447,661,211,321,160,01165,447,661,21,311,160,01271,988,391,151,291,180,01371,988,391,141,271,180,01471,988,391,131,261,190,01585,079,841,061,251,210,01685,079,841,051,241,210,01798,1611,351,031,251,210,01898,1611,351,031,251,230,01998,1611,351,021,241,230,0285,079,771,131,271,280,02198,1611,271,151,31,280,02298,1611,271,151,31,280,02398,1611,271,191,311,300,02498,1611,271,191,311,300,02598,1611,271,21,321,300,02698,1611,271,211,321,320,027104,7011,981,231,341,320,028104,7011,981,241,341,320,029104,7011,981,251,351,320,03104,7011,981,271,361,32

Таблица 2.7

КСВ = 2a, в λfксв мин, МГцl, мl(f), смf1, МГцf2, МГц0,001854,6560,0818,78828,48887,3760,002854,6560,088,78821,936893,920,003854,6560,088,78815,392900,4640,004854,6560,0798,78815,392900,4640,005854,6560,0798,78808,848907,0080,006854,6560,0788,78808,848907,0080,007854,6560,0778,78802,324913,5520,008854,6560,0778,78802,324913,5520,009854,6560,0768,78802,324920,0960,01854,6560,0758,78802,324926,640,011854,6560,0758,78795,76926,640,012854,6560,0748,78795,76933,1840,013854,6560,0748,78795,76933,1840,014854,6560,0738,78789,216939,7280,015861,20,0728,71795,76946,2720,016861,20,0728,71789,216952,9160,017861,20,0728,71789,216959,360,018861,20,0718,71789,216959,360,019861,20,0718,71789,216965,9040,02867,7440,0688,64795,76965,9040,021867,7440,0688,64795,76972,4480,022867,7440,0688,64795,76972,4480,023867,7440,0678,64789,216978,9920,024867,7440,0678,64789,216978,9920,025867,7440,0678,64789,216985,5360,026867,7440,0668,64789,216992,080,027867,7440,0668,64789,216998,6240,028867,7440,0668,64789,216998,6240,029867,7440,0668,64782,6721005,1680,03867,7440,0668,64782,6721011,712

Таблица 2.8

КСВ = 2a, в λПабс, МГцПотн, %КСВminКСВсрКукор0,00158,906,861,411,611,070,00278,539,121,391,61,090,00385,079,921,371,621,090,00485,079,921,351,571,100,00598,1611,441,331,591,100,00698,1611,441,311,561,120,007111,2312,961,31,581,130,008111,2312,961,281,541,130,009117,7713,681,251,531,140,01124,3214,381,211,511,160,011130,8815,201,21,511,160,012137,4215,901,151,51,180,013137,4215,901,141,471,180,014150,5117,411,131,51,190,015150,5117,281,061,451,210,016163,7018,791,051,481,210,017170,1419,461,031,461,210,018170,1419,461,031,461,230,019176,6920,131,021,461,230,02170,1419,321,131,491,280,021176,6919,981,151,51,280,022176,6919,981,151,51,280,023189,7821,471,191,521,300,024189,7821,471,191,521,300,025196,3222,121,21,521,300,026202,8622,781,211,531,320,027209,4123,431,231,541,320,028209,4123,431,241,541,320,029222,5024,891,251,551,320,03229,0425,531,271,571,32

На рис. 2.12 приведен график зависимости коэффициента укорочения от величины радиуса проводников симметричного вибратора, изменяющегося от 0,001λ до 0,03λ.

На рис. 2.13 приведен график зависимости относительной полосы рабочих частот по уровню КСВ = 2 и 1,5 от величины радиуса проводников симметричного вибратора, изменяющегося от 0,001λ до 0,03λ.

На рис. 2.14 приведен график зависимости минимального и средних значений КСВ по уровню КСВ < 2 и < 1,5 от величины радиуса проводников симметричного вибратора, изменяющегося от 0,001λ до 0,03λ.

Выводы: На частоте 861 МГц для симметричного полуволнового вибратора с зазором 0,006λ при увеличении радиуса плеч вибратора от 0,001λ до 0,03λ улучшается значение КСВ от 1,41 до 1,02 (при а = 0,019λ), затем увеличивается до 1,27. Наибольшее значение полосы рабочих частот 11,98% наблюдается при а = 0,027λ по уровню КСВ = 1,5 и 25,53 % при а = 0,03λ по уровню КСВ = 2. Наименьшее значение КСВ = 1,02 наблюдается при а = 0,019λ и обеспечивается полоса рабочих частот 20,13 % (средний КСВ = 1,46) по уровню КСВ = 2 и 11,35 % (средний КСВ = 1,24) - по уровню КСВ = 1,5.

1.3 Создание модели антенны и оптимизация ее конструкции

Создадим модель антенны типа волновой канал с одним рефлектором, активным вибратором в виде симметричного вибратора и с тремя директорами.

Рабочая частота 861 МГц. Радиус проводников директоров, активного вибратора и рефлектора выбираем 0,005λ. Радиус траверсы антенны - 0,005λ. Общая длина активного вибратора 0,46λ. Длина рефлектора 0,5λ, длина первого директора 0,42λ, второго - 0,38λ, третьего - 0,34λ. Зазор между плечами активного вибратора - 0,005λ.

По оси

Copyright © 2018 WorldReferat.ru All rights reserved.