Вам бонус- начислено 1 монета за дневную активность. Сейчас у вас 1 монета

Основы проектирования антенн

Лекция



Привет, Вы узнаете о том , что такое проектирование антенн, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое проектирование антенн , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Радиотехнические системы.

проектирование антенн - это процесс разработки и оптимизации антенной системы для определенного приложения или задачи. Вот основные шаги и принципы, которые обычно учитываются при проектировании антенн:

  1. Определение требований: Первым шагом является определение требований и целей проекта. Это включает задачи, которые антенна должна выполнить, такие как диапазон частот, направленность, усиление, ширина полосы пропускания и т. д. Также учитываются физические ограничения, такие как доступное пространство и бюджет.

  2. Исследование и анализ: В этом шаге проводится исследование и анализ различных типов антенн, технологий и конфигураций, которые наиболее подходят для заданных требований. Важно изучить и оценить их преимущества, ограничения, характеристики излучения и другие факторы.

  3. Выбор антенной конфигурации: На основе результатов анализа выбирается наиболее подходящая конфигурация антенны. Варианты могут включать дипольные антенны, зеркальные антенны, апертурные антенны, фазированные массивы и другие, в зависимости от требований и приложения.

  4. Моделирование и симуляция: Для оптимизации антенной системы проводятся моделирование и симуляция с помощью специализированного программного обеспечения. Это позволяет анализировать и оценивать электромагнитные характеристики антенны, такие как диаграммы направленности, коэффициент усиления, частотная характеристика и др.

  5. Оптимизация: На основе результатов моделирования и симуляции проводится оптимизация антенной системы. Это может включать изменение геометрии антенны, выбор материалов, оптимизацию размеров и параметров, чтобы достичь требуемых характеристик.

  6. Прототипирование и тестирование: После оптимизации проводится изготовление прототипа антенны. Затем проводятся экспериментальные измерения и тестирование для проверки и сопоставления симуляционных результатов. Это позволяет внести дополнительные корректировки и улучшения в проект.

  7. Производство и внедрение: После успешного проектирования и тестирования антенны можно перейти к производству ее в больших масштабах и внедрению в систему или устройство, для которых она предназначена.

Проектирование антенн - сложный и многогранный процесс, требующий знаний в области электромагнетизма, радиотехники и математического моделирования. Эффективное проектирование антенн требует баланса между требованиями приложения, физическими ограничениями и электромагнитными характеристиками антенны.

Основы проектирования антенн

Тип антенны для РЛС выбирается исходя из целого ряда соображений. Порой они противоречивы.

Типы и особенности антенн

Широкий диапазон длин радиоволн, излучаемых (принимаемых) Антенн (от десятков километров до долей миллиметра), и многообразие областей применения Антенн (радиосвязь, телевидение, радиолокация, радиоастрономия, метеорология, медицина и др.) обусловили большое число типов и конструкций Антенн. (рис. 2). На длинных, средних и коротких волнах используют в осн. симметричные и несимметричные вибраторы, Антенна типа «волновой канал», фазированные антенные решетки, логопериодические и рамочные Антенны (последние для повышения эффективности часто снабжают магнитным сердечником, см. Магнитная антенна). Для приема и передачи радиоволн в диапазоне СВЧ наибольшее распространение получили рупорные, линзовые, щелевые, диэлектрич. и зеркальные антенны.

Различают т. н. пассивные (не содержащие усилит. элементов) и активные антенны. Пассивные Антенны обратимы (могут работать как в режиме излучения, так и приема), широко применяются в разл. маломощных приемопередающих устройствах. Рост мощности радиопередающих устройств требует повышения электрич. прочности узлов Антенны., а повышение чувствительности радиоприемных устройств – уменьшения тепловых шумов и миниатюризации конструкции; кроме того, Антенна для передачи и приема зачастую должны иметь разные ДН. Невозможность совмещения этих требований в одном типе Антенна обусловила необходимость разработки и применения отд. передающих и приемных Антенн. Например, телевизионная передающая Антенна имеет круговую ДН в горизонтальной плоскости, т. е. относится к ненаправленным А., в то время как телевиз. приемная Антенна должна быть направленной (кроме автомобильной Антенны ) во избежание приема возможных помех, в т. ч. передач с др. телецентров, а также сигналов принимаемой программы, отраженных от разл. препятствий, создающих многоконтурность изображения на экране телевизора.

Весьма существенна форма ДН. Напр., в качестве бортовых Антенна летательных аппаратов используются слабонаправленные Антенна с широкой ДН. Антенна радиолокац. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . систем, предназначенные для обзора пространства и вращающиеся вокруг вертикальной оси, имеют узкую ДН в горизонтальной плоскости и широкую в вертикальной либо состоящую из множества узких лучей, сканирующих пространство. Радиоастрономич. Антенны и Антенны систем космич. связи должны обладать чрезвычайно высокой направленностью (игольчатая ДН) для точного определения местоположения объекта.

Конструктивное исполнение Антенна определяется главным образом. их назначением и рабочим диапазоном частот. Так, Антенна длинных и средних волн обычно представляют собой башни-опоры (высотой 200–400 м), несущие разветвленное проволочное полотно; в сочетании со сверхмощными (свыше 1 МВт) радиопередатчиками они обеспечивают связь по всему земному шару, в т. ч. с подводными лодками, находящимися на глубине до неск. сотен метров. В диапазоне УКВ широкое распространение получили параболическая Антенна , состоящие из металлич. зеркала в форме параболоида, в фокусе которого помещен облучатель. Такие А. применяются в радиотелескопах, системах спутникового телевидения и др. В качестве подземных Антенна в основном используют закопанные в траншеи проолочные системы. Особой сложностью и точностью изготовления отличаются А. спутниковой радиосвязи (напр., раскрывающиеся при выводе на орбиту зонтики, параболич. зеркала земных станций связи), а также радиоастрономич. антенные системы, предназначенные для приема радиосигналов из др. галактик, радиолокации небесных тел и измерения космич. расстояний.

Характерная особенность развития совр. антенной техники – использование Антенна с обработкой сигнала (цифровой, аналоговой, пространственно-временной, методами когерентной и некогерентной оптики и др.). К таким Антенна относятся фазированные антенные решетки с управлением ДН от ЭВМ, радиоастрономич. система апертурного синтеза. Перспективны глобальные наземные и космич. системы апертурного синтеза, объединенные через искусственные спутники Земли. Современные методы анализа и синтеза Антенн позволяют с большой точностью выбирать их геометрию, моделировать электромагнитные поля в дальней зоне, соответствующей классич. применениям систем радиосвязи и радиолокации.

Основы проектирования антенн

Рис. 2. Типы антенн: симметричный (а) и несимметричный (б) вибраторы; диполь Надененко (в); «волновой канал» (г); рамочная (д); логопериодическая вибраторная (е); рупорная (ж); линзовая (з); волноводная щелевая (и); диэлектрическая (к).

Основные понятия электродинамики и теории электромагнитного поля:

  1. Электродинамика: Электродинамика - это раздел физики, который изучает взаимодействие заряженных частиц с электромагнитным полем. Она включает в себя законы Максвелла, описывающие электрические и магнитные поля, а также их взаимодействие с зарядами и токами.

  2. Электромагнитное поле: Электромагнитное поле - это физическое поле, образованное электрическими и магнитными компонентами, которые взаимодействуют друг с другом и распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн.

Проекционные методы решения электродинамических задач:

Проекционные методы - это численные методы решения уравнений электродинамики, которые основываются на представлении полей в виде проекций на некоторую функциональную базу, такую как базисные функции.

  1. Метод конечных разностей (Finite Difference Method, FDM): Метод конечных разностей основан на аппроксимации производных в уравнениях электродинамики разностными отношениями. Уравнения преобразуются в систему линейных алгебраических уравнений, которая решается численно на сетке, состоящей из узлов.

  2. Метод конечных элементов (Finite Element Method, FEM): Метод конечных элементов разбивает область на множество малых подобластей, называемых конечными элементами. Поля в каждом элементе приближаются с помощью базисных функций, и уравнения электродинамики решаются численно на основе этих приближений.

  3. Метод интегральных уравнений (Integral Equation Method, IEM): Метод интегральных уравнений основан на представлении полей в виде интегральных уравнений. При этом уравнения электродинамики преобразуются в интегральные уравнения, которые решаются численно.

Теоретические основы работы программы MWO:

MWO (Microwave Office) - это программное обеспечение для проектирования и моделирования микроволновых и радиочастотных систем. Оно основано на численном решении уравнений Максвелла и других техник моделирования электромагнитных полей. Программа MWO позволяет создавать и анализировать микроволновые компоненты и устройства, такие как антенны, фильтры, усилители и другие.

Теоретические основы работы программы HFSS:

HFSS (High-Frequency Structure Simulator) - это программное обеспечение для моделирования и анализа электромагнитных полей в микроволновом и радиочастотном диапазонах. Оно использует метод конечных элементов для численного решения уравнений Максвелла и позволяет моделировать и анализировать сложные структуры, включая антенны, фильтры, волноводы и микрополосковые линии.

Теория проволочных антенн:

Теория проволочных антенн изучает свойства и характеристики антенн, состоящих из проволочных элементов или проволочных структур. Проволочные антенны имеют простую конструкцию и широкий спектр применений. Они могут быть изготовлены из прямых проводов, кольцевых петель, спиралей и других проволочных форм.

Теория микрополосковых антенн:

Теория микрополосковых антенн изучает свойства и характеристики антенн, использующих микрополосковые линии. Микрополосковые антенны обладают компактным размером, низкой профилем и широкими возможностями настройки. Они используются в мобильных коммуникациях, радиолокации, спутниковых системах связи и других приложениях, где требуется миниатюрность и эффективная работа в микроволновом диапазоне.

При проектировании часто могут использоваться программное обеспечение

Доступные технологии для моделирования антенн в ANSYS HFSS

HFSS предлагает следующие методы моделирования и инструменты в зависимости от типа задачи, которую необходимо решить:

  • метод конечных элементов (включено в HFSS);
  • метод интегральных уравнений (включено в HFSSIE);
  • физическая оптика (включено в HFSSIE);
  • метод Галеркина (временная область) (включено в HFSSTR);
  • инструментарий для разработки антенн (Antenna Design Kit), содержащий более 50 стандартных конструкций антенн (включено в HFSS).

Основы проектирования антенн

Рис. 3. Пример решения задачи методом конечных элементов

Основы проектирования антенн

Рис. 4. Изменение диаграммы направленности антенны

Основы проектирования антенн

Рис. 5. Метод интегральных уравнений: а — геометрия ракеты;
б — сетка по поверхности; в — распределение токов по поверхности

Основы проектирования антеннОсновы проектирования антенн

Рис. 6. Использование гибридного метода: а — рефлекторная антенна; б — антенна на спутнике с конформными граничными условиями

Основы проектирования антенн

Рис. 7. Моделирование рефлекторной антенны посредством физической оптики: а — геометрия рефлектора и облучателя (рупор); б — электрическое поле, окружающее рупор; в — распределение тока по поверхности рефлектора; г — поле в дальней зоне наложено на рефлектор с распределением тока

Основы проектирования антенн

Рис. 8. Показана диаграмма направленности антенны, установленной на международной космической станции. Используется метод ФО

Основы проектирования антенн

Рис. 9. Решатель HFSS-Transient: а — временная подпись ЭПР;
б — снимок электромагнитных полей в определенный момент времени

Основы проектирования антенн

Рис. 10. Метод DDM — разложение на подобласти: а — концепция;
б — примеры

Основы проектирования антенн

Рис. 11. Меню выбора типа антенны

Основы проектирования антенн

Рис. 12. Некоторые доступные типы антенн в инструментарии ADK

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

Исследование, описанное в статье про проектирование антенн, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое проектирование антенн и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Радиотехнические системы

создано: 2023-07-05
обновлено: 2023-07-08
132265



Рейтиг 9 of 10. count vote: 2
Вы довольны ?:


Поделиться:

Найди готовое или заработай

С нашими удобными сервисами без комиссии*

Как это работает? | Узнать цену?

Найти исполнителя
$0 / весь год.
  • У вас есть задание, но нет времени его делать
  • Вы хотите найти профессионала для выплнения задания
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • Приорететная поддержка
  • идеально подходит для студентов, у которых нет времени для решения заданий
Готовое решение
$0 / весь год.
  • Вы можите продать(исполнителем) или купить(заказчиком) готовое решение
  • Вам предоставят готовое решение
  • Будет предоставлено в минимальные сроки т.к. задание уже готовое
  • Вы получите базовую гарантию 8 дней
  • Вы можете заработать на материалах
  • подходит как для студентов так и для преподавателей
Я исполнитель
$0 / весь год.
  • Вы профессионал своего дела
  • У вас есть опыт и желание зарабатывать
  • Вы хотите помочь в решении задач или написании работ
  • Возможно примерение функции гаранта на сделку
  • подходит для опытных студентов так и для преподавателей



Комментарии


Оставить комментарий
Если у вас есть какое-либо предложение, идея, благодарность или комментарий, не стесняйтесь писать. Мы очень ценим отзывы и рады услышать ваше мнение.
To reply

Радиотехнические системы

Термины: Радиотехнические системы