Компьютерное моделирование антенн в программе MMANA в работе электромеханика радиосвязи

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА

Кафедра «Информационные технологии»

Реферат

по предмету «Основы информационных технологий»

на тему «Компьютерное моделирование антенн в программе MMANA в работе электромеханика радиосвязи»

Выполнил: магистрант

Долгополов Артем Георгиевич

Проверила: доцент

Миняйлова Елена Леонидовна

Гомель 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. MMANA. МЕТОД МОМЕНТОВ И ЕГО ОГРАНИЧЕНИЯ

. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ MMANA

.1 Закладка Геометрия

.2 Закладка Вид

.3 Закладка Вычисления

.4 Закладка Результаты вычислений

. КОМАНДЫ ГЛАВНОГО МЕНЮ MMANA

. МОДЕЛИРОВАНИЕ АНТЕНН В РАБОТЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА РАДИОСВЯЗИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Повышение эффективности работы Белорусской железной дороги, создание условий для устойчивого и безопасного функционирования железнодорожного транспорта тесно связаны с использованием технологий радиосвязи. С помощью радиосредств обеспечиваются:

автоматизация управления движением и повышение безопасности движения поездов;

безбумажная технология взаимодействия между работниками, обеспечивающими управление движением, и машинистами поездов (передача приказов и команд);

автоматизация управления соединенными и тяжеловесными поездами;

развитие средств видеонаблюдения на станциях и особо важных объектах и др.

В настоящее время на железнодорожном транспорте используются преимущественно линейные сети симплексной поездной радиосвязи гектометрового (2 МГц) диапазона и зоновые (в пределах станций и прилегающих к ним перегонов) сети симплексной поездной и станционной радиосвязи метрового (160 МГц) диапазона. Эти аналоговые радиосети предназначены главным образом для передачи речевых сообщений. Им присущи следующие недостатки:

ограниченные функциональные возможности; значительное влияние радиопомех на качество связи;

проблемы в обеспечении электромагнитной совместимости радиосредств, особенно в крупных узлах;

сложности в эксплуатации, обусловленные низкой надежностью и широким разнообразием применяемых устройств и др.

Основной задачей радиосвязи является обеспечение безопасности, то есть невозможность появления зон с низким уровнем сигналов. В бурное развитие городов и индустрии все сложнее и сложнее этого добиться. Поэтому правильный выбор антенн, как одного из важнейших компонентов системы связи, это почти 90% успеха.

1. MMANA. МЕТОД МОМЕНТОВ И ЕГО ОГРАНИЧЕНИЯ

Идея компьютерного моделирования антенн весьма заманчива: нарисовав на экране любую комбинацию, состоящую из проводов и труб, можно посмотреть, как это будет работать в качестве антенны, а также определить все возможные характеристики такой антенны.

Компьютерное моделирование антенн базируется на методе моментов. В этом методе антенна описывается произвольным набором прямых тонких проводов. А каждый провод антенны разбивается на отрезки (сегменты). В каждой точке антенны (по уравнениям поля, решаемым в численном виде) вычисляются импедансы и комплексные токи как собственные (от источника), так и наведенные от всех остальных сегментов. В результате можно узнать полный ток в каждой точке и, исходя из этого, вычислить поле, создаваемое этими точками, то есть антенной. Вычисления идут в два этапа: сначала вычисляются токи в сегментах, а затем уже - диаграмма направленности.

Метод моментов использует полные уравнения электромагнитного поля, причем решает их с чрезвычайно высокой точностью. Однако метод моментов накладывает определенные ограничения на модель, выход за пределы этих ограничений снижает точность вычислений.

Существует три основных ошибки при моделировании:

замена сплошного провода сегментами, эта процедура имеет некоторые ограничения, не соблюдение которых приведет к ошибочному анализу параметров антенны.

наличие в ближнем поле (очень условно говоря - в радиусе до 0,5 длины волны) окружении антенны неучтенных в модели вещей: других антенн, мачт, растяжек, линий, домов и т. д.

2. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ MMANA

MMANA - это программа (оболочка) моделирования антенн, работающая в среде Windows. Вычислительным ядром MMANA является MININEC Ver. 3. Исходная японская MMANA написана Makoto Mori JE3HHT. Программа позволяет:

- создавать и редактировать описания антенны как заданием координат, так и «мышкой»;

рассматривать множество разных видов антенны;

рассчитывать диаграммы направленности (ДН) в обеих плоскостях;

сравнивать результаты моделирования нескольких антенн;

редактировать описание каждого элемента антенны, включая возможность менять форму элемента без сдвига его резонансной частоты;

просчитывать комбинированные (состоящие из нескольких разных диаметров) провода;

использовать меню создания многоэтажных антенн - стеков. В качестве элемента стека можно использовать любую антенну;

оптимизировать антенну, настраивая по различным целям оптимизации;

- задавать изменение при оптимизации более 90 параметров антенны, возможно описание совместного (зависимого) изменения нескольких параметров;

сохранять все шаги оптимизации в виде отдельной таблицы;

строить множество разнообразных графиков;

автоматически рассчитывать несколько типов согласующих устройств (СУ) с возможностью включать и выключать их при построении графиков;

создавать файлы-таблицы (формата *.csv, просмотр в Excel) для всех переменных расчетных данных;

рассчитывать катушки, контуры, 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. Максимальное число: проводов - 512, источников - 64, нагрузок - 100. Максимальное количество точек - 8192.

2.1 Закладка Геометрия

При старте программы открывается закладка Геометрия, на рисунке 1 изображено геометрия проводов одной из проектируемых антенн, рассмотрим более подробно поля этой закладки.

Поле Имя - это название антенны, которое задается произвольно. Оно будет фигурировать вверху всех закладок, и под этим же именем антенна будет выводится при ее последующем сравнении с другими. Поле F...MHz - основная частота антенны. Это значение будет использоваться в последующих расчетах по умолчанию (если не задать там иное значение). В этом поле имеется удобный для выбора список частот - несколько из каждого любительского диапазона, а если вам нужна специфическая частота - просто введите ее значение вручную.

Таблица Провода - это описание всех проводов антенны. Каждая строка в этой таблице - описание одного провода. X1.Y1, Z1 - это координаты в трехмерном пространстве начала провода, а Х2, Y2, Z2 - конца провода. R - радиус провода. Размерность всех этих величин можно задавать- либо в метрах (для R в мм), либо в ?.

В ячейки таблицы можно вводить не только цифры, но и арифметические выражения - они будут автоматически просчитаны. Например, в ячейку таблицы записывается 10/4+2. После нажатия Enter это выражение сменится вычисленным значением 4.5. Такой оперативный калькулятор временами бывает очень удобен, например, при делении провода на части или, если вы вводите описание антенны, размеры которой даны в футах, можно прямо вводить значение в футах, не забывая дописать после цифры в футах *0.305, и все будет автоматически пересчитано.

Если величину R установить равной 0, то провод будет считаться программой изолятором. Такой прием удобен при анализе многопроводных антенн для экспериментов, чтобы временно удалить из антенны провод (не удаляя его из таблицы описания и не меняя нумерации остальных проводов).

Если величина R отрицательна (-1, -2, -3 и т. д.), то это означает комбинированный провод, физически состоящий из нескольких проводов разного радиуса.

Рисунок 2.1 - Структура диаграммы

Левая нижняя табличка на рисунке 2.1 описывает источники. Прямо под словом PULSE пишется: w1c - если источник в середине первого провода, w1b - если он в начале первого провода, w1e - если он в конце первого провода, w2c - если он в середине второго провода, и т.д. Если источник не в середине и не в конце, а где-то сбоку пишется так: w1c4 - источник, смещенный в направлении конца от центра первого провода на 4 сегмента (где именно получился источник можно посмотреть, нажав закладку Вид) w2c-5 - источник, смещенный от центра первого провода в направлении его начала на 5 сегментов.

То есть первая буква - всегда w (от wire - провод), вторая цифра - номер провода, третья буква (b, с, e) - начало, середина и конец соответственно. Четвертая цифра (ее может и не быть) - величина смещения в сегментах от начала конца или середины. Если вы устанавливаете источник на начало или конец провода, проверьте, чтобы к этому началу или концу было бы что-нибудь присоединено - или другой провод, или земля (координата по Z = 0) - току куда-то надо утекать, поэтому второй вывод источника не может «висеть в воздухе».

Если планируется множество экспериментов с антенной, то удобно разместить источник в центре короткого провода, а к нему уже присоединить основные провода антенны, тогда при всех перемещениях длинных проводов источник будет оставаться на месте. Этот прием применяется и при параллельном соединении нескольких антенн, питаемых одной линией, этот же прием используется и для установки нагрузок.

Следующий столбец таблицы Источники - это фаза источника в градусах. Если источник один, то фаза безразлична. Но если вы проектируете систему с активным питанием и, соответственно, несколькими источниками, то в каждом должна быть установлена нужная фаза. Причем обратите внимание, в отличие от большинства других моделировщиков в MMANA задается не фаза питающего тока, а фаза напряжения.

Последний столбец этой таблицы - напряжение источника. Если источников несколько, вы может вручную установить амплитуду каждого из них либо, установив флаг Одинаковые источники, включить автоматическое уравнивание амплитуд всех источников.

2.2 Закладка Вид

Выбрав эту закладку, можно посмотреть внешний вид в трехмерном пространстве антенны и распределение сегментов и токов по ней.

На рисунке. 2.2 показано окно этой закладки.

Движками Верт. вращение, Гор. вращение и Масштаб можно внимательно рассмотреть антенну со всех сторон. Если вы потеряли из виду антенну, нормальное изображение восстанавливается либо флагом Нормальный вид, либо нажатием одной из двух кнопок - Центр на антенне или Центр на X = 0,Y = 0,Z = 0.

Источники показаны красными кружками, нагрузки - красными крестиками.

При установке флага Сегменты зелеными крестиками показываются точки разбиения проводов на сегменты. Тут удобно смотреть, не нарушены ли требования метода моментов по сегментации. При установке флага Токи показывается распределение тока в проводах, для этого предварительно должны быть сделан расчет антенны в закладке Вычисления. Масштаб отображения токов регулируется соответствующим движком.

Основное излучение обеспечивают те участки, по которым протекает максимальный ток.

Участки минимума тока соответствуют максимумам напряжения, и наоборот. Желательно, чтобы токи были синфазными, наличие близко расположенных участков с противофазными токами приводит к взаимной компенсации их излучения и снижению эффективности антенны. Наличие противофазных токов в одном проводе приводит к дроблению его ДН на лепестки и, как правило, нежелательно.

Надо убедиться, что ни один ноль тока не на краю провода (если имеются) не попадает между далеко отстоящими сегментами. Если такое случилось, увеличьте плотность сегментации.

Рисунок 2.2 - Закладка Вид антенны

2.3 Закладка Вычисления

Вид этого окна с примером расчета показан на рис. 2.3. В окне Частота устанавливается частота анализа антенны (по умолчанию берется частота из закладки Геометрия). В этом поле имеется список частот - несколько из каждого любительского диапазона, а если вам нужна специфическая частота, введите ее вручную. Правое окно - информационное и отображает текущее состояние расчета.

В окошке Земля выбирается тип земли. Пункты Свободное пространство и Идеальная пояснения не требуют, а вот если установлена Реальная земля, то в этом же окошке появляется кнопка Параметры, которая вызывает окно Параметры реальной земли. Высота антенны над землей устанавливается в поле Высота. Программа поднимает антенну вверх по оси Z. В поле Материал выберите из списка материал антенны.

Рисунок 2.3 - Закладка Вычисления антенны

При моделировании антенны с параметром Реальная земля существуют некоторые ограничения.

Для задания простой плоской реальной земли в MMANA в таблице Параметры земли заполните одну строку - первый столбец - е земли, второй - ее проводимость в мС/м. Если вы не знаете параметров своей земли, то ориентировочно их можно взять из MMANA (Помощь: Читать Append.txt).

В четвертом столбце таблицы Параметры земли необходимо записать нуль, в третьем - любое число, его величина в данном случае ничего не определяет. Проследите, чтобы в поле ВКЛ - радиальный тип отсутствовала птичка. Описание самого простого случая равномерной, плоской земли завершено.

MININEC также допускает описание земли сложной формы и с переменными параметрами. Земля может быть задана в виде нескольких различных «сред», каждая с собственными параметрами (с, проводимостью и высотой). Хотя каждая среда может иметь различная высоту, MININEC не будет учитывать экранирование излучения элементами рельефа, он вычисляет только отражения от сложного рельефа земли.

Возможны два варианта задания формы сред - параллельные ступени или концентрические кольца. Тип сред выбирается установкой птички, в поле ВКЛ - радиальный тип, если птички там нет - это режим ступеней (в табличке Параметры реальной земли третий столбец имеет название Xcord), а если птичка установлена - то это режим концентрических колец (третий столбец изменяет название на Rcord). Параметры каждой среды описываются отдельной строчкой в таблице Параметры земли.

Первые два столбца - среда и проводимость. Два последних столбца задают координаты среды. Четвертый столбец определяет высоту среды в метрах над нулевой координатой Z. Тут есть ограничение MININECa - первая в списке среда всегда должна иметь высоту 0. Все остальные среды могут иметь произвольную высоту как положительную - ступень вверх, дом, холм, так и отрицательную - ступень вниз, обрыв.

В режиме ступеней каждая среда представляет собой полосу (ступень) бесконечной длины и заданной ширины, параллельную оси Y.

Таких сред-ступеней может быть описано несколько. Координата Xcord в третьем столбце задает окончание данной среды по оси X (для всех сред, кроме последней в списке). Необходимо заметить, что в строке описания данной среды вводится координата Xcord ее конца. Началом данной среды, является конец предыдущей, поэтому значение координаты Xcord каждой следующей среды должно быть больше, чем предыдущей.

2.4 Закладка Результаты вычислений

Закончив ввод описания антенны и нажав кнопку Пуск, запускаем расчет. Текущее состояние расчета индицируется в правом верхнем окне закладки Вычисления. В это же окно выводится информация о возможных ошибках, а по завершении расчета - его длительность. Результаты выводятся в нижней таблице в следующем формате (по столбцам): Freq MHz - частота. R - активная часть входного сопротивления Ом, jX - реактивная. SWR - КСВ (по умолчанию - на 50 Ом, если же требуется иное сопротивление его можно установить - Сервис-Сервис и Установки - Установки - Стандартное Z).

Gh - усиление относительно полуволнового диполя (дБд), причем это значение выводится, только если расчет производится для свободного пространства. Ga dbi - усиление к изотропному излучателю. F/B db - отношение уровней излучения вперед/ назад, причем в качестве направления назад используется довольно большой телесный угол, по умолчанию - по азимуту 120 градусов (±60 градусов от направления назад, т.е от 120 до 240 градусов по азимуту), и 60 градусов (от 0 до 60 градусов) по зениту. Вычисление излучения назад в столь широком угловом диапазоне более корректно, чем простое вычисление только назад. Elev. - зенитный (вертикальный) угол, под которым расположен максимум излучения антенны. Земл - тип земли. Высота - высота антенны в метрах над землей (если земля есть). Пол. - Преимущественная поляризация.

После того как все вычисления выполнены можно перейти к меню графики.

Выводится нажатием кнопки Графики. В поле Полоса анализа устанавливается полоса (относительно центральной частоты), в которой вы хотите посмотреть параметры (как и во всех подобных полях, величину можно либо выбрать из списка, либо установить вручную).

Для первого анализа достаточно нажать 2 точки - график будет построен грубо, только по двум точкам. Остальная часть его будет построена сложной экстраполяцией - предположениями MMANA. как же этот график должен, по ее мнению, идти дальше (точность таких предположений довольно высока, но конечно, не абсолютна, кроме того, на антеннах с нестандартным поведением КСВ от частоты - широкополосных например, предположения MMANA оказываются неточными). При нажатии Вся сетка просчитывается каждый шаг сетки, а при нажатии Доп. точки, кроме пяти точек сетки, просчитываются несколько дополнительных точек между шагами сетки (по умолчанию 1, максимум 4). что позволяет иметь уже весьма точный и подробный график.

На рисунках 2.4 - 2.7 изображены основные графики антенны диполь 160 м

Рисунок 2.4 - График параметров антенны

Рисунок 2.5 - График КСВ антенны

Рисунок 2.6 - График излучения вперед/назад антенны

Рисунок 2.7 - Диаграмма направленности антенны

Кнопка Поиск резонанса предназначена для автоматического поиска резонансной частоты антенны (то есть той, на которой реактивная составляющая ее входного импеданса равна нулю). Это бывает полезно в некоторых случаях:

Если обнаружить резонанс вручную упорно не удается. Для определения точного (в цифрах) значения резонансной частоты (не всегда удобно считать ее значение с обычных графиков).

После нахождения резонансной частоты на нее автоматически устанавливается центр всех графиков этого окна.

Хотелось бы отметить ещё одну важную опцию данной программы - это меню Оптимизация.

Редактированием антенны вручную добиться таким путем желаемого результата непросто. Лучше использовать автоматическую оптимизацию. Окно оптимизации открывается при нажатии кнопки Оптимизация в закладке Геометрия.

В этом окне надо объяснить компьютеру, что именно вы хотите получить в результате оптимизации от антенны, т. е. установить цели оптимизации.

Это делается семью движками, положением движка задается важность (удельный вес) данного параметра для проектировщика. Крайнее левое положение движка - параметр для проекта совсем не важен, крайнее правое - максимально важен. Назначение движков F/B. Gain, КСВ очевидно, остальные: Движок Верт. угол подразумевает максимально низкий вертикальный угол максимума излучения. Движок jX - минимальную (по модулю) реактивную часть входного сопротивления антенны.

Движок Согласование - оптимальное согласование под специально заданный в окне Детальные установки цели импеданс.

Движок Ток - минимум или максимум тока в заданной точке.

3. КОМАНДЫ ГЛАВНОГО МЕНЮ MMANA

Во всех командах главного меню быстрые клавиши (их нажатие на клавиатуре вызывает данную команду без щелчка мышью) обозначены большими подчеркнутыми буквами.

Файлы, в которых сохраняется описание антенны, имеют расширение \rnaa и к ним относятся очевидные команды Новый, Открыть, Сохранить, Сохранить как. Файлы *.таа имеют текстовый формат и очень маленький размер.

Комментарии - открывает окно создания и/или редактирования произвольного текстового комментария, который удобно использовать для текущих записей, относящихся к данной антенне. Если описание антенны имеет комментарии, в закладке Геометрия появляется кнопка Комментарии (над табличкой описания нагрузок).

Файлы, в которых сохраняются как описание антенны, так и ДН, и все рассчитанные параметры антенны, имеют расширение *.mab, и к ним относятся команды Открыть ДН, Сохранить ДН (последняя активна только после проведения расчетов). Объем файлов *.mab достаточно велик (десятки кБ) и сохранять их имеет смысл, только если расчет антенны занимает очень большое время и повторный расчет нежелателен.

Файлы, в которых сохраняются таблицы оптимизации, имеют расширение *.тао, к ним относятся команды Открыть табл. оптимизации, Сохранить табл. оптимизации (последняя активна только после проведения оптимизации).

Последняя группа команд этого меню относится к созданию файлов-таблиц формата \csv (просмотр - в Excel) со всевозможными параметрами антенны. Команды этой группы: Таблица токов - создает таблицу, в которой приведены параметры тока (амплитуда, фаза, реальная и мнимая часть) в каждом из сегментов расчета.

Параметры таблицы напряженности полей - в открывшемся окне указываются мощность передатчика и координаты той части пространства, в которой вы хотите вычислить напряженности полей. Координаты задаются по каждой оси в следующем формате: начальная координата, шаг изменения ее и количество шагов. Скажем, запись вида X 10 2 25 будет означать, что для оси X будут вычислены параметры для координат от 10 м до 60 м с шагом 2. Аналогично задаются координаты по остальным осям. В таблице приведены напряженности электрического и магнитного полей (реальная и мнимая части, амплитуда и фаза) в интересующем нас пространстве. Очень полезная функция для определения соответствия антенны нормам на предельный уровень напряженности поля.

Параметры таблицы углы/усиление - в открывшемся окне указываются диапазоны азимутальных и вертикальных углов, в которых вы хотите вычислить усиление антенны. Полезно для «тонкого» анализа остронаправленных антенн, оценить ширину ДН которых на закладке Диаграммы направленности проблематично. Углы, для которых вычисляется эта таблица, задаются в следующем формате: интересующий вас начальный угол, шаг его изменения и количество шагов. Скажем, запись вида Азимут -20 0.1 400 будет означать, что будут вычислены параметры антенны для диапазона углов по азимуту от -20 до 20 градусов с шагом 0,1 градуса (части градуса отображаются в десятичной форме).

Таблица F/KCB Gain/Z - в открывшемся окне указывается диапазон частот, в которых вы хотите вычислить указанные в названии параметры. Есть возможность сделать это со включенным СУ (установкой флага). Если вы, находясь в закладке Вычисления, в меню Графики нажмете кнопку Записать F в табл КСВ Gain Z то установленный в этом меню частотный диапазон будет автоматически использован для создания рассматриваемой таблицы.

Калькулятор - вызов стандартного Win-калькулятора. Оптимизация - переход в окно Оптимизация. Обзор шагов оптимизации - то же самое, что описано в разделе выше.

Сравнить - это меню позволяет объективно сравнивать разные антенны. Если вы попадаете в него после расчета своей антенны (закладка Вычисления - кнопка Пуск), то увидите ДН и характеристики своей антенны. Кнопкой Открыть *.mab файл вы можете вызвать ДН и характеристики другой антенны (заранее сохраненные в *.mab файле) и увидеть их наложенными друг на друга.

В табличке под ДН будут приведены основные параметры сравниваемых антенн.

Это вот и есть совершенно объективное сравнение. И не надо ничьих «авторитетных» мнений спрашивать. Количество сравниваемых антенн в этом окне не ограничено.

Это очень полезное меню (Сервис - Сервис и Установки) позволяющее выполнять целый ряд расчетов, смежных с антенными, может использоваться независимо от основной программы как калькулятор для расчета СУ, линий и реактивных элементов.

Закладка Контур - это расчет LC контура. При наличии птички в окне Фиксировать частоту LC контур будет рассчитываться для частоты, указанной в первой строке (то есть при изменении или L, или С второй параметр будет меняться автоматически). Если же этой птички нет, то при изменении L и С будет меняться частота.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ АНТЕНН В РАБОТЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА РАДИОСВЯЗИ

Линейный электромеханик радиосвязи на Белорусской железной дороге занимается обеспечением высокого уровня безопасности движения поездов.

В обязанности электромеханика входит обслуживание устройств поездной, маневровой, ремонтно-оперативной радиосвязи, а также системы двусторонней парковой связи на станции. В своей работе каждый работник железнодорожного транспорта обязан руководства ПТЭ Белорусской железной дороги, в которой обозначено, что поездная радиосвязь дежурных по станции и поездного диспетчера с машинистами поездов должна обеспечиваться на протяжении всего перегона, то есть не должно быть мертвых зон, где машинист не может связаться с руководителем движения.

Гомельское отделение Белорусской железной дороги представлено довольно развитым железнодорожным сообщением, по дорогам которого ежедневно двигается большое количество стратегически важных грузов, а также пассажиров из различных стран.

Необходимо учесть, что система железнодорожной радиосвязи морально изношена с одной стороны, бурное развитие городов и переход на электрифицированные железнодорожные магистрали очень с другой, усложняют работу радиосвязи.

Одним из важнейших элементов радиосвязи являются антенны, порой из-за того какую антенну использовать на той или иной станции, а также где ее расположить и будет зависеть качество работы станции, и так как вручную очень сложно, а порой даже и не возможно, определить реальные параметры антенны, приходится использовать компьютерное моделирование.

Рассмотрим антенну Г-образную поездной радиосвязи, установленную на станции Новобелицкая и постараемся определить, что необходимо сделать, чтобы избавиться от мертвой зоны в 1 км на перегоне станция Новобелицкая - станция Березки, на рисунке 4.1 изображен этот перегон.

Рисунок 4.1 - Радиотрасса участок Новобелицкая - Березки

Внешний вид Г-образной антенны представлен на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Г-образная антенна

Результаты моделирования приведены на рисунках 4.3 - 4.4

Рисунок 4.3 - Основные параметры антенны

Рисунок 4.4 - Диаграмма направленности антенны

По данным расчета можно судить, что данный тип антенн без согласующих устройств не может быть использован для достижения необходимого качества радиосвязи, максимум мощности излучения уходит под углом 90 градусов, усиление относительно изотропного излучателя 9.95, теперь попробуем немного изменить конструкцию антенны.

Произведем моделирование для Т-образной четверьтволновой антенны.

Результаты приведены на рисунках 4.5 - 4.7

Рисунок 4.5 - Внешний вид Т-образной антенны

Рисунок 4.6 - Параметры антенны

Рисунок 4.7 - Диаграмма направленности антенны

Сравнивая эти две антенны необходимо сделать вывод, что Т-образная антенна имеет более выгодную диаграмму направленности для обеспечения достаточной дальности вдоль железнодорожных магистралей, поэтому такой вид антенны необходимо применять на тех перегонах, где излучения аналогичной Г-образной антенны не справляется.

Можно воспользоваться удобной опцией программы MMANA, которая позволяет наглядно сравнивать антенны, наглядно это представлено на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 - Сравнение антенн

Т-образная антенна в сравнении с Г-образной имеет более вытянутую и широкую диаграмму направленности, что говорит о ее положительных качествах для использования на железной дороге, хотя в монтаже она несколько сложней, чем Г-образная.

Исходя из вышесказанного можно сказать, что для каждого перегона подходит своя антенна и чтобы по 100 раз не переделавать конструкции антенн на станциях, достаточно произвести моделирование с помощью компьютера и уже тогда лезть и производить ее монтаж.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

компьютерный моделирование антенна

Компьютерные системы в настоящее время позволяют повысить производительность труда электромехаников радиосвязи. С помощью компьютерного моделирования можно просчитать большое количество конструкций антенн остановить свой выбор на наиболее подходящем варианте, а это в свою очередь избавляет электромехаников от ненужной работы по лишнему монтажу антенн и повышает оперативность устранения недочетов в организации радиосвязи. В данной работе наглядно было продемонстрировано, как с помощью компьютерных технологий можно сравнить и выбрать нужную антенну.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.«Антенны КВ и УКВ. Часть 1. Компьютерное моделирование MMANA»: - И.В. Гончаренко, Журнал «Радио», 2004г.

2.«Транспортные радиосистемы. Распространение энергии звуковых и электромагнитных волн»: - В. Г. Шевчук, Конспект лекций. - Гомель: БелГУТ, 1998 г.

.«Правила организации и расчета сетей поездной радиосвязи»: - ОАО «Российские железные дороги» - 2004.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА Кафедра «Информационные технологии»

Больше работ по теме: