Исследование характеристик направленности зеркальных антенн


	Загрузить архив:
	Файл: ref-27997.zip (6094kb [zip], Скачиваний: 114) скачать

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева

Факультет энергетики и машиностроения

Кафедра "Радиоэлектроника и телекоммуникации "

Утверждаю_______________

Заведующий кафедрой

“___”____________2008 г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ

ЗАПИСКА

к дипломному проекту

на тему: Исследование характеристик направленности зеркальных антенн

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Консультанты:

По нормоконтролю:

“___”_______2008г. _____________

по расчету надежности

“___”_______2008г. _____________

по экономике производства:

“___”_______2008 г. _____________

по безопасности жизнедеятельности:

“___”_______2008 г. _____________

Руководитель: “___”_______2008 г. _____________

по графике

“___”_______2008 г. _____________

Дипломник:студент группы

“___”_______2008 г. _____________

Петропавловск 2008

Түсініктеме

қазіргі кезде айналы теңшегіш ең таралған үшкір толқынжима дециметр және сантиметр ауқымға. Басқы кейіпке айналар параболы тұлғаңы үстірткі - шыркөбелек айналдыруңы параболоиды және параболаңы цилиндры пайдаланылады. Бүйірлі қолданысты айналы теңшегіштері ең алуандас радиожүйеде қарапайым мүмкіншілік, мүмкіндікке алмалыққа әрқилы тұрпаттар диаграммасы беталысқа, бақандай жөндемді іс коэффициенті, жұдырықтайдабыралы дүрмектігі және жақсылық диапазоналық қасиеттері аңдасады. Радилокациясының қолдандастары айналы теңшегіштер жеңіл біришаратылык белдемі билік берілді, біржолы ұйымдастыру қаншама диаграммасы беталысқа жалпы айна. Кейбіреу тұрпаттар айналы теңшегіштары жылдам бұлғалаққа шұғылады айтарлықтайынды бұрыштағы секторге. Айналы теңшегішті әлемдікте байланысқа байланысады. Жәрдемке айналы теңшегіштарінда даңғырадай құрылысты тиімді үстірті теңшегішке ойлап шығару жолы түсады.

Жақсарту әдістемелік жәрдемақы айтылмыш аймақ студенттер білімдер жоғарылады, практиканы білгендік пайдаланынды және жақсартулар жетілдірады.

Аннотация

В настоящее время зеркальные антенны являются наиболее распространёнными остронаправленными антеннами в дециметровом и особенно в сантиметровом диапазоне. Главным образом используются зеркала параболической формы поверхности – параболоид вращения и параболический цилиндр. Их широкое применение в самых разнообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, возможностью получения разнообразных видов Д.Н., высоким КПД, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование нескольких Д.Н. общим зеркалом (в том числе суммарных и разностных). Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном угловом секторе. Зеркальные антенны являются наиболее распространённым типом антенн в космической связи и радиоастрономии, и именно с помощью зеркальных антенн удаётся создавать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров.

Разработка методических указаний в данной области поможет студентам повышать свои знания и использовать их на практике используя разработки созданные ранее, совершенствуя их, и придумывая новые.

The annotation

Now mirror aerials are the most widespread sharpdirected aerials in decimeter and especially in a centimetric range. Mirrors of the parabolic form of a surface are mainly used such mirrors as the paraboloid of rotation and the parabolic cylinder. Their wide application in the diversified radiosystems speaks simplicity of a design, an opportunity of reception of various kinds of the diagram of an orientation., high efficiency, small noisy in temperature, good band properties, etc. In radar-tracking applications mirror aerials allow to receive easily equal of signal zone, suppose simultaneous formation of several diagram of an orientation. The general mirror (including total and difference). Some types of mirror aerials can provide fast enough качание a beam in significant angular sector. Mirror aerials are the most widespread type of aerials in space communication and radio astronomy, and by means of mirror aerials it manages to create huge antenna constructions with an effective surface of the aperture, measured thousand square meters.

In it the energy which has got in the aerial of radiowaves will concentrate. Development of methodical instructions in the given area will help students to raise the knowledge and to use them in practice using development created earlier, improving them, and thinking out new.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Разраб.

Провер.

Реценз.

Н. Контр.

Утверд.

Исследование характеристик направленности зеркальных антенн

Лит.

Листов

СКГУ

Содержание

1Введение................................................................................................... 4

2 Выбор и обоснование структурной схемы............................................. 8

2.1 Описание параболической антенны.................................................... 8

2.2 Описание структурной схемы.............................................................. 10

3 Расчетная часть ....................................................................................... 13

3.1 Расчет геометрических характеристик зеркальной антенны............. 14

3.2 Расчет параметров облучателя и диаграммы направленности......... 16

3.3. Апертурный метод расчет поля излучения....................................... 19

3.4 Определение коэффициент направленного действия, коэффициента полезного действия и коэффициент усиления зеркальной антенны.......................... 24

3.5 Определение ширины диаграммы направленности........................... 33

3.6 Определение характеристик рупорной антенны................................ 36

4 Описание эксперимента........................................................................... 39

4.1 Подготовка к проведению исследований............................................ 39

4.2 Описание лабораторной установки и методики измерений............... 39

4.3 Формирования узкой диаграммы направленности............................ 40

4.4 Определение функции Бесселя первого рода..................................... 45

4.5 Определение теневого эффекта............................................................ 47

4.6 Структурная схема установки для исследования влияния отраженной

от зеркала волны на облучатель............................................................... 50

5................................................................................... 52

5.1 Определение цены программного продукта...................................... 52

5.2 Расчет основной заработной платы.................................................... 53

5.3 Расчет дополнительной заработной платы......................................... 54

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

.... 55

5.5 Затраты на оплату машинного времени............................................. 56

5.6 Расчет накладных расходов................................................................ 59

5.7 Расчет себестоимости программного продукта.................................. 69

6 Экономический расчет............................................................................ 61

6.1 Понятие надежности радиоэлектронной аппаратуры ....................... 61

6.2 Показатели надежности РЭА............................................................... 63

6.3 Расчет показателей надежности проектируемого устройства............ 64

7Охрана безопасности и жизнедеятельности............................................ 69

7.1 Общие требования безопасности......................................................... 69

7.2 Анализ опасных и вредных факторов ................................................ 70

7.3 Требования к организации работы..................................................... 70

7.4 Правила при работе в лаборатории................................................... 71

7.5 Требования безопасности перед началом работы.............................. 72

7.6 Требования безопасности во время работы....................................... 73

7.7 Требования безопасности по окончании работы............................... 74

7.8 Требования к освещенности рабочего места...................................... 75

7.9 Техника безопасности при работе с электроприборами.................... 78

Заключение................................................................................................... 79

Список литературы...................................................................................... 80

Приложение

1 Введение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Антенна — устройство для излучения и приёма радиоволн (разновидности электромагнитного излучения). Антенна является конвертором электрического тока радиочастотного диапазона в электромагнитное излучение и наоборот.

Форма, размеры и конструкция антенн разнообразны и зависят от длины излучаемых или принимаемых волн и назначения антенны. Применяются антенны в виде отрезка провода, комбинаций из таких отрезков, отражающих металлических зеркал различной конфигурации, полостей с металлическими стенками, в которых вырезаны щели (щелевая антенна), спиралей из металлических проводов и другие.

Основные типы антенн

· Апертурные антенны

oрупорные антенны

oщелевые антенны

oзеркальные антенны

oлинзовые антенны

· Антенны бегущей волны

oдиэлектрические стержневые антенны

oспиральные антенны

oимпедансные антенны

oантенны вытекающей волны

oантенны «волновой канал»

· Фазированные антенные решетки

oпассивные(с одним передающим/приемным устройством на антенну)

oактивные(с одним передающим/приемным устройством на каждый модуль антенны)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Спутниковые антенны

oОфсетные антенны

oПрямофокусные антенны

Характеристики антенны. Каждая антенна как пассивное линейное устройство может работать в режимах передачи и приема. В обоих режимах антенна характеризуется направленными, поляризационными, фазовыми свойствами и входным импедансом. К основным характеристикам и параметрам, описывающим эти свойства, относятся:

· Полоса пропускания

· поляризация

· входной импеданс и коэффициент стоячей волны

· диаграмма направленности (ДН)

· коэффициент направленного действия (КНД)

· эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ)

· коэффициент усиления антенны (КУ)

· фазовая диаграмма (ФД)

· коэффициент полезного действия (КПД)

· шумовая температура антенны (Т_А)

Зеркальными антеннами называют антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального рефлектора (зеркала). Источником электромагнитной волны обычно служит какая-нибудь небольшая элементарная антенна, называемая в этом случае облучателем зеркала или просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны.

Зеркало обычно изготовляется из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало делается не сплошным, а решетчатым. Поверхности зеркала придается форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее распространенными являются зеркала в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специального профиля. Облучатель помещается в фокусе параболоида или вдоль фокальной линии цилиндрического зеркала. Соответственно для параболоида облучатель должен быть точечным, для цилиндра – линейным. Наряду с однозеркальными антеннами применяются и двухзеркальные.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рассмотрим принцип действия зеркальной антенны. Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу. Такие излучатели называют однонаправленными.

В раскрыве антенны отраженная волна обычно имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной формы. На больших (по сравнению с длиной волны и диаметром зеркала) расстояниях от антенны эта волна в соответствии с

законами излучения становится сферической.

Зеркальные параболические антенны применяются в различных диапазонах волн: от оптического до коротковолнового, особенно широко в сантиметровом и дециметровом диапазонах. Эти антенны отличаются конструктивной простотой, возможностью получения различных ДН, хорошими диапазонными свойствами и т.д. Существуют различные типы зеркальных антенн: параболические зеркала (параболоид, усечённый параболоид и параболический цилиндр), сферические зеркала, плоские и угловые зеркала, зеркальные антенны специальной формы, двух- и многозеркальные антенны, зеркально-рупорные антенны. Зеркальная параболическая антенна состоит из металлической поверхности, выполненной в виде параболоида вращения и небольшой слабонаправленной антенны – облучателя, установленной в фокусе параболоида и облучающей внутреннюю поверхность последнего. Параболическая поверхность образуется в результате вращения параболы с фокусом в точке F вокруг оси Z.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Цель дипломной работы

Разработка методических пособий для проведения двух лабораторных работ для закрепления материала по принципу действия и характеристикам направленности зеркальных параболических антенн.

Задачи дипломной работы:

· ирину диаграммы направленности

· правильно поставить цели в лабораторных работах перед студентами, чтобы теоретические знания полученные в лекциях были освоены и закреплены

2 Выбор и обоснование структурной схемы

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

2.1 Описание параболической антенны

Параболическая антенна используется для создания остронаправленного излучения в диапазоне СВЧ, когда размеры антенны во много раз превышают рабочую длину волны l. Антенна состоит из металлического зеркала (рефлектора) параболической формы и облучателя, расположенного в ее фокусе. В работе исследуется антенна с зеркалом в виде параболоида вращения (рисунок 2.1.1) с раскрывом, имеющим форму круга диаметром 2R. Прямая, перпендикулярная плоскости раскрыва и проходящая через его центр, является осью зеркала, точка О пересечения оси с поверхностью зеркала – его вершиной. Расстояние f от вершины зеркала до фокуса F называется фокусным расстоянием.

Рисунок 2.1.1 - Схема параболической антенны

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 2.1.2 - Ход лучей в параболической антенне

Для формирования узкой диаграммы направленности(ДН) в режиме передачи в раскрыве зеркала необходимо возбудить синфазное поле. В режиме приема параболическое зеркало фокусирует падающую плоскую волну в небольшой объем вблизи фокуса («фокальное пятно») размером порядка l. Поскольку линейные размеры зеркала значительно превышают l, при анализе параболической антенны можно пользоваться методом геометрической оптики. Сферическая волна, создаваемая облучателем, помещенным в фокус параболического зеркала, преобразуется зеркалом в плоскую волну, распространяющуюся вдоль его оси. Действительно, в силу геометрических свойств параболы расстояние, проходимое любым лучом от фокуса до параболического зеркала и от него до плоскости раскрыва, есть величина постоянная для всех лучей (рисунок 2.1.2): FAB=FCK. Необходимо знать, что:

1)при помещении облучателя в фокус параболического зеркала главный максимум ДН антенны ориентирован вдоль ее оси;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

ширина главного лепестка ДН определяется главным образом отношением l/2R, но зависит также от закона изменения амплитуды поля в раскрыве зеркала;

3)для уменьшения уровня боковыхлепестков ДН антенны амплитуда поля в раскрыве должна уменьшаться от центра к краю, что достигается использованием облучателя с максимумом ДН, ориентированным на вершину зеркала и понижением излучения в направлении его края.

2.2 Описание структурной схемы

Структурная схема передающей части лабораторной установки показана на рис. 2.2.1. Сигнал генератора,пройдя через ВЧ переход, поступает на передающую рупорную антенну. Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом.

Рисунок 2.2.1 - Структурная схема передающей части установки

Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны. В работе используется рупорная антенна пирамидальной формы как показана на рис. 2.2.2(а). Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией — фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. В работе используется рупорная антенна с небольшим усилением, так как она проста конструктивно, и нет особой необходимости намного усиливать сигнал с генератора.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Е-плоскостной рупор (а), H-плоскостной рупор (б), пирамидальный (в) и конический рупор (г).

Рисунок 2.2.2 - Различные виды рупорных антенн

Исследуемая параболическая антенна работает в режиме приема. Она смонтирована на вращающейся подставке с лимбом, по которому отсчитывается угол поворота q. Система крепления облучателя исследуемой антенны предусматривает возможность его перемещения как вдоль оси антенны, так и в фокальной плоскости.

Структурная схема приемной части лабораторной установки показана на рисунке 2.2.3. Исследуемая параболическая зеркальная антенна может работать как на прием, так и на передачу. Переключение между режимами производится с помощью ферритового переключателя.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 2.2.3 - Структурная схема приемной части установки

Сигнал фокусируется на стержневой диэлектрической антенне. У исследуемой антенны в качестве облучателя используется стержневая диэлектрическая антенна. Антенны представляют собой диэлектрический стержень, выполненный из высокочастотного диэлектрика с малыми потерями (полистирол). Возбуждение обычно осуществляется отрезком волновода прямоугольного или круглого сечения (рис. 2.2.4).

Рисунок 2.2.4 - Диэлектрическая стержневая антенна

Диэлектрические антенны являются сравнительно широкополосными. Диапазон рабочих частот определяется, в основном, свойствами возбуждающего волновода. Ширина ДН по уровню половинной мощности одиночной диэлектрической антенны составляет обычно не менее 20...25°.

Далее он проходит через прямоугольный облучатель, фидерную линию и ВЧ переход. Наконец он поступает на измеритель отношения напряжения, где и можно фиксировать результаты проведения опытов.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Методика измерения ДН антеннысводится к измерению показаний измерителя отношения напряжения приборав зависимости от угла поворота антенны. Поскольку у исследуемой антенны 2R >> l, она является остронаправленной, поэтому угол поворота при измерениях не должен превышать ±15°.

3 Расчетная часть

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

3.1 Расчет геометрических характеристик зеркальной антенны

Поверхность, ограниченная кромкой параболоида и плоскостью этой поверхности называется радиусом раскрыва. Угол раскрыва зеркала.

Форму зеркала удобно характеризовать либо отношением радиуса раскрыва к двойному расстоянию (параметру параболоида) либо величиной половины раскрыва или длиннофокусным, если

Рисунок 3.1.1 - Формы зеркала антенны

Легко найти связь между отношением и углом

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Из рисунка 3.1.1 следует, что

(3.1)

откуда

(3.2)

У длиннофокусного параболоида (фокус лежит в плоскости раскрыва зеркала)

В работе используется параболическая антенна, фокусное расстояние f которой равно 20 см. Значит параметр Р будет равен:

Радиус зеркала антенны равен 25 см. Значит и отсюда следует, что у нас длиннофокусная параболическая антенна.

Также можно найти угол

(3.3)

преобразуем формулу

(3.4)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

3.2 Расчет параметров облучателя и диаграммы направленности

Облучатель состоит из диэлектрической антенны и контррефлектора. Контррефлектор представляет собой металлическую пластину диаметром 0,815l

(3.5)

Отсюда

Для графического определения величины v/c (обратной коэффициенту замедления c/v, где с – скорость света, v – фазовая скорость в стержне) необходимо предварительно определить среднее значение диаметра стержня

d = (d_max + d_min) /2, (3.6)

где d_max = l / Öp(e - 1)

d_min = l / Ö2,5 p(e - 1)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

l- длина волны.

Значения относительной диэлектрической проницаемости eполистирола 2,50.

Рисунок 3.2.1 - Зависимость величиныv/c от e и d/l

Значения оптимальной длины стержня можно рассчитать по формуле:

(3.7)

Характеристики направленности диэлектрического стержня в плоскостях E и H рассчитываются по формулам:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(3.8)

(3.9)

2θ_0,5=1,10

Таблица 3.1 - Зависимость диаграммы направленности от угла ψ для облучателя

ψ	64	55	52	45	35	30	25	20	15	10	5	2	0
F^E(ψ)	0.037	0.038	0	-0.137	-0.119	0	0.166	0.331	0.445	0.555	0.62	0.639	0.642
F^H(ψ)	0.085	0.085	0.015	-0.166	-0.165	-0.03	0.145	0.318	0.461	0.563	0.623	0.639	0.642

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

В качестве возбуждающего устройства для диэлектрического стержня используется коаксиально-волноводный переход (рисунок 3.2.1), соединенный с коаксиальными тройниками.

Рисунок 3.2.1 - Эскиз коаксиально-волноводного перехода с диэлектрическим стержнем

3.3. Апертурный метод расчет поля излучения

В апертурном поле излучения зеркальной антенны находится по известному полю в ее раскрыве. В этом методе, в качестве излучающей рассматривается плоская поверхность раскрыва параболоида с синфазным полем и известным законом распределения его амплитуды.

Задача нахождения поля излучения зеркальной антенны при апертурном методе расчета, как и в общей теории антенн разбивается на две:

1. Вначале находится поле в раскрыве антенны (внутренняя задача).

2. По известному полю в раскрыве определяется поле излучения (внешняя задача).

А). Определение поля в раскрыве параболоидного зеркала

Поле в раскрыве определяется методом геометрической оптики. Всегда выполняется условие

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 3.3.1 - Прием сигнала облучателем

В сферической волне амплитуда поля изменяется обратно пропорционально раскрыва зеркала с расстоянием не изменяется. Таким образом, если нам известна нормированная диаграмма направленности облучателя раскрыве зеркала легко находится.

Для удобства расчетов введем нормированную координату точки в раскрыве зеркала

(3.10)

Подставим значение

(3.11)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

в выражение для

(3.12)

Очевидно, что

Нормированное значение амплитуды поля в раскрыве определится выражением:

(3.13)

Подставим в последнюю формулу значение

(3.14)

Рассчитав получим

При расчетах для упрощения вычислений обычно можно ограничиться тремя членами полинома. Тогда:

(3.15)

В этом случае в качестве узлов интерполяции берут точки в центре раскрыва зеркала и приблизительно в середине между этими крайними точками

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(3.16)

Б). Определение поля излучения параболоидного зеркала

Раскрыв зеркала представляет собой плоскую круглую площадку. Поле на площадке имеет линейную поляризацию. Фаза поля в пределах площадки неизменна, а распределение амплитуды описывается полиномом

(3.17)

Как было показано выше, каждый n-й компонент поля в раскрыве, представляемого полиномом, создает в дальней зоне напряженность электрического поля:

(3.18)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

где

S – площадь раскрыва, E₀ – амплитуда напряженности электрического поля в центре площадки,

- ламбда-функция (n+1)-го порядка.

Полное поле в дальней зоне будет равно сумме полей, создаваемых каждым компонентом:

(3.19)

Выражение, определяемое суммой в последней формуле, представляет собой ненормированную диаграмму направленности антенны:

(3.20)

Для получения нормированной диаграммы направленности найдем максимальное значение соответствует значение при любых n. Следовательно,

(3.21)

Тогда

(3.22)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Эта формула описывает нормированную диаграмму направленности параболоидной зеркальной антенны и является расчетной. Постоянные коэффициенты

зависят от распределения поля в раскрыве зеркала.

В режиме осевого излучения нормированная ДН параболической антенны может быть рассчитана по приближенной формуле

(3.23)

Таблица 3.1 - Зависимость Д.Н. от угла ψ для зеркальной антенны

θ	20	18	16	14	12	10	8	6	4	2	0
F(θ)	0.037	0.038	0.038	0.037	0	0.077	0.176	0.391	0.511	0,543	0,549

3.4 Определение коэффициент направленного действия, коэффициента полезного действия и коэффициент усиления зеркальной антенны.

Коэффициент направленного действия параболической антенны удобно определить через эффективную поверхность:

(3.24)

где - геометрическая площадь раскрыва, - коэффициент использования поверхности раскрыва.

Коэффициент использования площади раскрыва зеркала полностью определяется характером распределения поля в раскрыве. Как известно, для любых площадок, возбуждаемых синфазно, его величина определяется формулой:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(3.25)

В случае параболоидного зеркала имеем

(3.26)

Тогда, подставив значения, получим

(3.27)

Для приближенного расчета можно пренебречь зависимостью распределения поля от и считать, как мы это делаем в апертурном методе расчета, что амплитуда поля в раскрыве является функцией только координаты

(3.28)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Данная формула в большинстве случаев дает вполне удовлетворительную точность и может быть принята за расчетную.

Амплитуда поля изменяется по закону:

(3.29)

т.е. на краях зеркала поле равно нулю. Расчет по формуле дает значение

Коэффициента достигает единицы, когда Это объясняется тем, что поле в раскрыве очень мелких зеркал близко к равномерному. С увеличение глубины зеркала коэффициент довольно быстро падает.

Коэффициент направленного действия, определяемый как

(3.30)

не учитывает потерь энергии на рассеивание, т.е. потерь энергии, проходящей от облучателя мимо зеркала.

Поэтому КНД параболических зеркал в отличие от рупорных антенн не является параметром, достаточно полно характеризующим выигрыш, получаемый от применения направленной антенны. Для более полной характеристики следует использовать такой параметр, как коэффициент усиления антенны

(3.31)

где - коэффициент полезного действия.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Тепловым потерям электромагнитной энергии на поверхности зеркала можно пренебречь. Тогда под К.П.Д. параболической антенны следует понимать отношение мощности, падающей на поверхность зеркала

(3.32)

Для определения этого отношения окружим облучатель сферой радиусом

(3.33)

Полная мощность излучения облучателя определяется выражением

(3.34)

где - амплитуда напряженности поля в направлении максимального излучения облучателя; - нормированная диаграмма направленности облучателя.

Соответственно мощность излучения, попадающего на зеркала будет

(3.35)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Таким образом, коэффициент полезного действия параболической антенны равен:

(3.36)

Из этого выражения видно, что К.П.Д. целиком определяется диаграммой направленности облучателя и величиной

Очевидно, чем больше угол противоположен характеру изменения функции

Вычислим К.П.Д..

Диаграмма облучателя может быть выражена следующим образом

(3.37)

Для дальнейших вычислений необходимо выразить угол через углы

(3.38)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Отсюда

(3.39)

Таким образом

(3.40)

В последней формуле интегрирование по производится от 0 до

Интегрирование в этом случае упростится, а результат изменится незначительно, если положить

В этом случае интеграл легко берется и КПД оказывается равным

(3.41)

Полученная формула дает простую зависимость КПД параболической антенны от угла раскрыва зеркала для случая. Вследствие этого последняя формула может быть использована для ориентировочной оценки КПД параболоидных антенн во многих практических случаях.

Рассчитаем КПД:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

получим

Коэффициент усиления зеркальной антенны согласно пропорционален произведению это произведение должно иметь максимум.

В некоторых случаях под термином коэффициент использования поверхности (КИП) понимается величина имеет величину

Площадь зеркала антенны:

S = pr₀² (3.42)

Получим

Определим коэффициент направленного действия:

(3.43)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

рассчитаем

Затухание L₀ энергии в свободном пространстве прямо пропорционально квадрату расстояния R до антенны передатчика и обратно пропорциональна квадрату длины волны l, то есть

L₀=16π^2R² / λ² (3.44)

Получим

(3.45)

Коэффициентом использования поверхности раскрыва параболоида. На рисунок 3.4.1 дана зависимость kот r₀/f ( f - фокусное расстояние)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 3.4.1 - Зависимость коэффициента использования поверхности от r₀/ f.

Как видно, имеется оптимальное отношение r₀/ f = 1,3 при котором k и, следовательно, коэффициент направленного действия получается максимальным. При r₀/ f = 1,3, величина k равна 0,83. Оптимальное значение r₀ / f определяется следующими факторами. Часть энергии, излучаемой облучателем, проходит мимо зеркала. Количество теряемой энергии зависит от формы диаграммы облучателя и от отношения r₀ / f. . В нашем случае:

r₀/ f=0,25/0,2=1,25,

а коэффициента использования поверхности:

k=0,82

Коэффициент усиления G по мощности антенны с параболическим рефлектором диаметром D повышается при увеличении эффективной площади рефлектора S_эф и при уменьшении длинны волны l принимаемого сигнала. Его находят по формуле (в относительных единицах):

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

G = 4p S_эф/ l² , (3.46)

где S_эф= hpD²/4, h- коэффициент использования поверхности рефлектора, показывающий какая доля мощности сигнала, собранной рефлектором, попадает в облучатель. Из формулы следует, что сигналы на выходах антенн с рефлекторами, у которых одинаковые эффективные площади в диапазонах

4 ГГц (l=7,5 см) и 12 ГГц (l= 2,5 см),

будут отличаться в 9 раз. однако на сомом деле такого отличия нет: в свободном пространстве происходит затухание энергии электромагнитных волн, определяемое уменьшением плотности потока мощности при удалении от источника (антенны передатчика).

Определим коэффициент усиления антенны:

3.5 Определение ширины диаграммы направленности

Если фазовый центр облучателя сместить из фокуса в направлении, перпендикулярном оси зеркала (рисунок 3.5.1,а), то лучи, отражённые в соответствующих точках верхней и нижней половине зеркала, достигают поверхности раскрыва неодновременно, т.е. поверхность раскрыва зеркала перестаёт быть синфазной. Можно показать, что при небольшом смещении облучателя Dx и достаточно длиннофокусном зеркале фазовое распределение поверхности раскрыва близко к линейному. Поэтому вынос облучателя из фокуса в направлении, перпендикулярном оси зеркала, приводит к повороту диаграммы направленности в сторону, противоположную смещению облучателя. Угол поворота диаграммы направленности q_max(рисунок 2.6 ,б) при малых смещениях облучателя примерно равен углу смещения облучателя a₁, определяемому по формуле tga₁₌Dx/f. Фронт волны в раскрыве зеркала поворачивается на угол a₁. В действительности при смещении облучателя из фокуса кроме линейного изменения фазы появляются фазовые ошибки более высоких порядков, из которых наибольшую роль играют кубические. Знаки кубической и линейной фазовых ошибок противоположны. Поэтому диаграмма направленности поворачивается на меньший угол, а главный лепесток становится несимметричным относительно своего максимума и уровень боковых лепестков со стороны, противоположной смещению диаграммы направленности, возрастает.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 3.5.1 - Управление диаграммой направленности.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Смещение облучателя из фокуса широко используется в радиолокации для управления диаграммой направленности параболического зеркала. Практически обычно облучатель перемещается не перпендикулярно оси z, а по дуге, радиус которой равен фокусному расстоянию. Во избежание значительных искажений диаграммы направленности из-за появления кубической фазовой ошибки угол

поворота диаграммы направленности должен быть невелик и обычно не должен превышать удвоенной или утроенной ширины (по половине мощности) диаграммы направленности. Используя два смещённых в разные стороны относительно фокуса неподвижных облучателя, можно получить две независимые диаграммы направленности для связи с корреспондентами, имеющими разные азимуты.

Заметим, что при смещении облучателя из фокуса вдоль оси зеркала на поверхности раскрыва возникают фазовые искажения, симметричные относительно вершины зеркала, что расширяет главный лепесток и увеличивает уровень боковых лепестков диаграммы направленности. При больших смещениях излучение в главном направлении уменьшается и появляются два боковых максимума. Чтобы фазовая ошибка из-за смещения облучателя не превышала допустимого значения p/4, должно выполнятся условие:

| DZ | < l / 8(1- cosy₀ ) (3.47)

Обычно место установки облучателя подбирается экспериментально.

Ширину диаграммы направленности (j, в градусах) можно приблизительно оценить, пользуясь соотношением:

j = 69l/D (3.48)

получим

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

В передающей части лабораторного стенда находится рупорная антенна Ее характеристики тоже необходимо рассчитать. Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.

Рупорные антенны очень широкополосны и весьма хорошо согласуются с питающей линией — фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграмма направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве рупора. Без подобных устройств антенну приходится делать непрактично длинной.

Рисунок 3.6.1 - Пирамидальная рупорная антенна

Усиление рупорной антенны определяется площадью её раскрыва и может быть расчитано по формуле:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(3.49)

где раскрыва рупора, перифирийного лучей менее, но близка к π / 2, и 0.8 при применении выравнивающих фазу волны устройств.

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости H:

(3.50)

Ширина главного лепестка ДНА по нулевому излучению в плоскости E:

(3.51)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Так как при равенстве L_E и L_H ДНА в плоскости Н получается в 1.5 раза шире, часто, для получения одинаковой ширины лепестка в обоих плоскостях , выбирают

(3.52)

Для удержания фазовых искажений в раскрыве рупора в допустимых пределах (не более π / 2 ) необходимо, чтобы выполнялось условие (для пирамидального рупора):

(3.53)

где

Условие выполняется, значит фазовых искажений в раскрыве рупора удерживаются в допустимых пределах.

4 Описание эксперимента

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

4.1 Подготовка к проведению исследований

1. При подготовке к выполнению лабораторной работы необходимо изучить литературу, посвященную зеркальным антеннам.

2. Антенна состоит из металлического зеркала (рефлектора) параболической формы и облучателя, расположенного в ее фокусе. В работе исследуется антенна с зеркалом в виде параболоида вращения (рис. 3.1) с раскрывом, имеющим форму круга диаметром 2R. Прямая, перпендикулярная плоскости раскрыва и проходящая через его центр, является осью зеркала, точка О пересечения оси с поверхностью зеркала – его вершиной. Расстояние f от вершины зеркала до фокуса F называется фокусным расстоянием.

Рисунок 4.1.1 - Схема параболической антенны

4.2 Описание лабораторной установки и методики измерений

Структурная схема лабораторной установки показана на рисунке 4.2.1 Сигнал генераторапоступает на передающую рупорную антенну. Исследуемая параболическая антеннаработает в режиме приема. Она смонтирована на вращающейся подставке с лимбом, по которому отсчитывается угол поворота θ. Система крепления облучателяисследуемой антенныпредусматривает возможность его перемещения как вдоль оси антенны, так и в фокальной плоскости. Уровень сигнала, принимаемого исследуемой антенной , измеряется прибором измерения отношения напряжений, соединенным с облучателем антенны через фидерную линию и ВЧ переход. Там и необходимо фиксировать результаты проведения опытов.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 4.2.1 - Структурная схема лабораторной установки

Методика измерения ДН антенны сводится к измерению показаний прибора измерителя напряжений в зависимости от угла поворота антенны. Поскольку у исследуемой антенны 2R >> λ, она является остронаправленной, поэтому угол поворота при измерениях не должен превышать ±15°.

4.3 Формирования узкой диаграммы направленности

В режиме передачи в раскрыве зеркала необходимо возбудить синфазное поле. В режиме приема параболическое зеркало фокусирует падающую плоскую волну в небольшой объем вблизи фокуса («фокальное пятно») размером порядка λ. Поскольку линейные размеры зеркала значительно превышают λ, при анализе параболической антенны можно пользоваться методом геометрической оптики. Необходимо будет показать, что сферическая волна, создаваемая облучателем, помещенным в фокус параболического зеркала, преобразуется зеркалом в плоскую волну, распространяющуюся вдоль его оси. Действительно, в силу геометрических свойств параболы расстояние, проходимое любым лучом от фокуса до параболического зеркала и от него до плоскости раскрыва, есть величина постоянная для всех лучей (рис. 4.3.1): FAB=FCK. Необходимо знать, что:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

2)ширина главного лепестка ДН определяется главным образом отношением λ/2R, но зависит также от закона изменения амплитуды поля в раскрыве зеркала;

3)для уменьшения уровня боковых лепестков ДН антенны амплитуда поля в раскрыве должна уменьшаться от центра к краю, что достигается использованием облучателя с максимумом ДН, ориентированным на вершину зеркала и понижением излучения в направлении его края.

Рисунок 4.3.1 - Ход лучей в параболической антенне

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Различают три типа параболоидов (рисунок 4.3.2): длиннофокусный

Рисунок 4.3.2 - Формы параболических зеркал:

а)длиннофокусное, б) среднефокусное, в) короткофокусное

(2f > R, 2q₀< 180°), среднефокусный (2f » R,2q₀» 180°), короткофокусный (2f < R,2q₀> 180°).В настоящей работе исследуетсядлиннофокусная антенна с диэлектрическим стержневым облучателем.

Нужно будет уметь показать на основе метода геометрической оптики, что при перемещении облучателя перпендикулярно оси зеркала
(в фокальной плоскости) меняется направление максимального излучения антенны, а при перемещении облучателя вдоль оси зеркала изменяется ширина главного лепестка ДН. Минимальная ширина главного лепестка ДН наблюдается при совпадении фазового центра облучателя с фокусом зеркала.

С точкизрения волновой теории увеличение ширины главного лепестка ДН при смещении облучателя вдоль оси зеркала обусловлено тем, что поле в плоскости раскрыва становится несинфазным. Однако, поскольку фазовые искажения симметричны относительно оси, направление главного максимума вдоль оси антенны сохраняется. При небольших смещениях облучателя перпендикулярно оси зеркала в плоскости раскрыва появляются несимметричные фазовые сдвиги, плоскость равных фаз волны, идущей от облучателя, поворачивается на некоторый угол α. Вследствие этого и направление главного максимума

поворачивается на тот же угол α от оси антенны в сторону, противоположную смещению облучателя (рисунок 4.3.3).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 4.3.3 - К пояснению поворота главного лепестка ДН

Следует иметь в виду, что при больших смещениях облучателя распределение фазы волны в плоскости раскрыва уже не является линейным. Нелинейные фазовые ошибки приводят не только к изменению направления главного максимума, но и к искажению формы ДН.

(4.1)

где θ – угол между осью зеркала и направлением в точку наблюдения, k = 2π/λ – волновое число, J₁(х) – функция Бесселя первого порядка от аргумента x, λ – рабочая длина волны. График функции L₁(x) приведен на рисунок 3.8.

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны равен

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(4.2)

где S = pR²– площадь раскрыва зеркала; n – коэффициент использования поверхности (КИП) зеркала, зависящий от характера изменения амплитуды поля в его раскрыве (чем ближе распределение поля к равномерному, тем ближе величина КИП к единице). Графики зависимости nот отношения R/f, приведены на рисунок 4.3.4.

Коэффициент усиления (КУ) антенны равен

(4.3)

где h –КПД антенны, определяемый из графиков рисунок 3.6, б.

Рисунок 4.3.4 – Коэффициент использования поверхности антенны

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000ПЗ

Рисунок 4.3.5 – Коэффициент полезного действия антенны

4.4 Определение функции Бесселя первого рода

Функциями Бесселя первого рода, обозначаемыми J_α(x), являются решения, конечные в точке x = 0 при целых или неотрицательных α. Выбор конкретной функции и её нормализации определяются её свойствами. Можно определить эти функции с помощью разложения в ряд Тейлора около нуля (или в более общий степенной ряд при нецелых α):

(4.4)

Здесь Γ(z) — это гамма-функция Эйлера, обобщение факториала на нецелые значения. График функции Бесселя похож на синусоиду, колебания которой затухают пропорционально

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 4.4.1 Графики J_α(x) для α = 0,1,2

Если α не является целым числом, функции J_α(x) и J _{− α}(x) линейно независимы и, следовательно, являются решениями уравнения. Но если α целое, то верно следующее соотношение:

(4.5)

Оно означает, что в этом случае функции линейно зависимы. Тогда вторым решением уравнения станет функция Бесселя второго рода.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Облучатель, находящийся на пути распространения отраженной от зеркала волны, поглощает часть энергии этой волны, что приводит к теневому эффекту облучателя и его рассогласованию с фидерной линией. При небольших размерах облучателя теневой эффект незначителен и им можно пренебречь. Для ослабления рассогласования облучателя с фидерной линией существует несколько способов.

Один из них(рисунок 4.5.1) заключается в установке на расстоянии t от вершины параболического рефлектора плоского компенсирующего диска, диаметр диска d подбирается так, чтобы в месте расположения облучателя (т. е. в фокальной области) амплитуда волны, отраженной от диска, была равна амплитуде поля, создаваемого в этом же месте параболическим зеркалом. Расстояние t подбирается так, чтобы фазы полей, создаваемых зеркалом и диском, в фокальной области были противоположны.

Рисунок 4.5.1 - Параболическое зеркало с компенсирующим диском

При этом поле, создаваемое диском, компенсирует в фокальной области поле волны, отраженной от основного зеркала. Значения d и t могут быть найдены по формулам:

(4.6)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(4.7)

где l – длина волны, f – фокусное расстояние. Приведенные выражения являются приближенными, значения d и tnуточняются экспериментально. Недостатком описанного способа является нарушение синфазности поля в раскрыве рефлектора, что приводит к снижению КНД и некоторому искажению формы диаграммы направленности антенны.

Рисунок 4.5.2 - Параболическое зеркало с четвертьволновыми пластинами

Другой способ основан на повороте плоскости поляризации отраженной от зеркала волны за счет использования параболического рефлектора с параллельными пластинами (рисунок 4.5.2) высотой l/4, расположенными на расстоянии а » l¤8 друг от друга. Такое зеркало устанавливают так, чтобы пластины составляли угол 45° с вектором Е электрического поля волны, создаваемой облучателем. Волну, падающую на зеркало, можно представить состоящей из двух волн – с электрическим полем Е_^, перпендикулярным пластинам, и с электрическим полем Е_ïï, параллельным пластинам. Для первой волны (Е_^)пластины препятствия не представляют, эта волна пройдет между ними и отразится от поверхности параболоида. По отношению ко второй волне (Е_ïï) пластины образуют набор волноводов с критической длиной волны lкр= 2a =l/4. Поскольку lкр< l, распространение волны Е_ïïв этих волноводах невозможно, она отразится от верхних кромок пластин. Поскольку высота пластин равна l/4, в результате сложения двух отраженных волн, прошедших путь, отличающийся на =l/2, вектор E суммарной отраженной волны оказывается повернутым на 90° по сравнению с вектором Е волны, создаваемой облучателем. Вследствие такого поворота плоскости поляризации отраженная волна не будет восприниматься облуателем, и согласование облучателя с фидерной линией не нарушится.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 4.5.3 - Усеченное параболическое зеркало

4.6 Структурная схема установки для исследования влияния отраженной от зеркала волны на облучатель. Она представлена на рисунок 4.6.1

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Рисунок 4.6.1 - Блок-схема установки

В качестве облучателя параболической антенны используется пирамидальный рупор, питаемый прямоугольным волноводом. Для согласования рупора с волноводом используется диэлектрический трансформатор.

Рисунок 4.6.2 - К расчету расстояния параболического зеркала

КСВ в волноводном фидере определяется с помощью панорамного автоматического измерителя КСВ Р2-61, в состав которого входят генератор качающейся частоты (ГКЧ), два направленных ответвителя и электронно-лучевой индикатор. Перемещая с помощью регулировочных винтов диэлектрические пластины трансформатора, можно добиться хорошего согласования рупора с питающим его волноводом.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Конструкция макета обеспечивает возможность:

a)поочередной установки трех параболических зеркал – гладкого зеркала, зеркала с компенсирующим диском и зеркала с четвертьволновыми пластинами. В последних двух случаях реализованы описанные выше способы устранения влияния волны, отраженной от зеркала на облучатель;

б)плавного изменения расстояния t от вершины параболического зеркала до компенсирующего диска, а также устанавления дисков различных диаметров;

в)плавного изменения угла между пластинами, установленными на поверхности параболического зеркала, и вектором Е волны, создаваемой облучателем. Шкала отсчета угла поворота расположена на тыльной стороне зеркала.

5 Экономический расчет

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

5.1 Определение цены программного продукта

Необходимо рассчитать стоимость разработки учебно-методического комплекса для изучения принципов действия зеркальных антенн.

Как любой продукт, данная разработка представляет собой весьма специфический товар с множеством присущих им особенностей. Многие их особенности проявляются и в методах сложности расчетов цены на них. На разработку методических указаний средней сложности обычно требуется весьма незначительные средства. Однако, при этом он может дать экономический эффект, значительно превышающий эффект от использования достаточно дорогостоящих систем, в данном случае физической модели.

Следует подчеркнуть, что у пособий подобного типа практически отсутствует процесс физического старения и износа. Для них основные затраты приходятся на разработку образца, тогда как процесс тиражирования представляет собой, обычно, сравнительно недорогую и несложную процедуру копирования магнитных носителей и сопровождающей документации. Таким образом, этот товар не обладает, по сути, рыночной стоимостью, формируемой на базе общественно необходимых затрат труда.

Величину затрат на разработку данного продукта произведем на основе метода калькуляций. В этом случае себестоимость (затраты на создание) продукта З_спп определяются расчетом по отдельным статьям расходов и их последующим суммированием

З_спп = З_озп + З_дзп +З_мат +З_мв + З_нр, (5.1)

где З_озп – основная заработная плата разработчикам;

З_дзп – дополнительная заработная плата разработчикам;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

З_мат – затраты на материалы, покупные изделия, полуфабрикаты;

З_мв – затраты на оплату машинного времени;

З_нр – накладные расходы.

Рассмотрим затраты по отдельным статьям расходов.

5.2 Расчет основной заработной платы

К этой статье относятся заработанная плата разработчиков, а также премии, входящие в фонд заработной платы. Расчет основной заработной платы выполняется при основе трудоемкости выполнения каждого этапа разработки в человеко-часах и величины месячного должностного исполнителя.

Трудоемкость каждого этапа определяется для группы специалистов, отвечающих за этот этап разработки.

Трудоемкость разработки продукта может включать в себя:

- t_o– затраты труда на подготовку описания задачи;

- t_б– затраты труда на разработку блок-схемы алгоритма решения задачи;

- t_п– затраты труда на составление программы по готовой блок-схеме;

- t_д– затраты труда на подготовку документации задачи;

- t_o_т– затраты труда на проведение экспериментальной части по составленному пособию.

Оценить затраты труда на подготовку описания задачи t_oневозможно, т.к. это связано с творческим характером работы, вместо этого оценим затраты труда на изучениеt_иописания задачи. В данном случае на изучение и анализ материала уйдет примерно 88 часов, т.е. t_и= 88 часам.

Затраты труда на разработку блок-схемы алгоритма решения задачи, затраты труда на составление проводимых процедур по готовой блок-схеме можно считать как временные затраты t_раз на разработку самой модели и отладку ее работы. Пусть t_раз = 44 часа.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Произведение трудоемкости на сумму часовой заработной платы определяет затраты по зарплате для каждого работника на все время разработки.

Расчет основной заработной платы приведен в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Расчет основной заработной платы

Наименование этапов работы	Исполнитель	Мес. оклад, тг.	Часовая з/п, тг	Трудоемкость (чел/час)	Затраты по з/п
Подготовка описания задачи, проведение теоретического анализа	Автор-составитель	25000	142	88	12496
Разработка и Проведение экспериментов	Испытатель	25000	142	44	6248
Итого: З_озп= 18744 тг.

5.3 Расчет дополнительной заработной платы

К этой статье относятся выплаты, предусмотренные законодательством о труде за неотработанное по уважительной причинам время: оплата очередных и дополнительных отпусков и т.п. (принимается в размере 20% от суммы основной заработной платы).

З_дзп =0,2∙18744=3748,8 тг.

Фонд заработной платы соответственно составляет

ФЗП_п=З_озп+З_дзп (5.2)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

ФЗП_п=18744+374,88=22492,8 тг.

5.4 Расчет затрат на материалы, покупные изделия, полуфабрикаты

К этой статье относиться стоимость материалов, покупных изделий, полуфабрикатов и других материальных ценностей, расходуемых непосредственно в процессе разработки программного обеспечения. В стоимость материальных затрат включаются транспортные расходы (10% от прейскурантной цены).

Расчет статьи «материалы, покупные изделия, полуфабрикаты» приводится в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Материалы, покупные изделия, полуфабрикаты

Наименование товара	Единицы измерения	Количество	Цена за единицу, тг.	Суммарные затраты, тг.
CD-R	шт.	1	160	160
Бумага для печати	лист	50	2	100
Техническая литература	шт.	5	1000	5000
Итого З_мат = 5260 тг.

5.5 Затраты на оплату машинного времени

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Данные затраты определяются путем умножения фактического времени составления методических указаний на t_эвмна цену машино-часа арендного времени С_час

З^мв_спп= С_час∙ t_эвм. (5.3)

Фактически время разработки вычисляется по формуле

t_эвм= t_и+t_раз. (5.4)

Подставим найденные раннее значения затрат на составление программы, на ее отладку, на подготовку документов в (5.4)

t_эвм= 88+ 44 =132 ч.

Цену часа работы машины определим из выражения

С_час= З_эвм/Т_эвм, (5.5)

где З_эвм – полные затраты на эксплуатацию ЭВМ в течение года;

Т_эвм – действительный годовой фонд времени ЭВМ в течение года, час/год.

Рассчитаем годовой фонд времени работы IBM-совместимого компьютера из выражения

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Т_эвм= Т_см∙ (N_год- N_пр)- N_нед∙ Т_прост, (5.6)

где Т_см – продолжительность смены, принимаем Т_см=8 часов;

N_год – количество дней в году N_год =365 дней;

N_пр – количество праздничных и выходных дней в году N_пр =112 дней;

N_нед количество недель в году N_нед =52;

Т_см – время простоя в профилактических работах определяется как еженедельная профилактика по 4 часа.

Т_эвм= 8(365-112)- 52∙4=1816 ч.

Полные затраты на эксплуатацию ЭВМ определяются по формуле

З_эвм = З_ам + З_эл + З_тпр, (5.7)

где З_ам – годовые издержки на амортизацию, тг/год;

З_эл – годовые издержки на электроэнергию, потребляемую

компьютером, тг/год;

З_тпр – затраты на текущий и профилактический компьютера, тг/год.

Сумму годовых амортизационных отчислений определяется по формуле

З_ам=С_бал∙Н_ам, (5.8)

где С_бал – балансная стоимость компьютера, тг;

Н_ам – норма амортизации, принимаем 12,2 %.

З_ам=45000∙0,122=5490 тг/год.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Балансовая стоимость ПЭВМ включает отпускную цену, расходы на транспортировку, монтаж оборудования и его наладку:

Стоимость электроэнергии, потребляемой за год компьютером, определяется по формуле

З_эл = Р_эл∙Т_эвм∙С_эл, (5.9)

где Р_эл – суммарная мощность ЭВМ, кВт;

С_эл – стосимость 1 кВт∙ч электроэнергии;

З_эл = 0,5∙1816∙5,16 =4685,28 тг.

Затраты на текущий и профилактический ремонт принимаются равными 5% от стоимости ЭВМ

З_тпр = 0,05∙ 45000=2250 тг.

Таким образом полные затраты на эксплуатацию ЭВМ согласно формуле (5.6) в течение года составят

З_эвм = 5490 + 4686 +2250 =12426 тг.

Тогда цена машино-часа арендуемого времени согласно (5.5) составит

С_час= 12426/ 1816=6,84 тг/час.

Затраты на оплату машинного времени составят

З^мв_спп= С_час∙ t_эвм, (5.10)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

З^мв_спп= 6,84 ∙ 132 =902,88 тг.

5.6 Расчет накладных расходов

Накладные расходы – это расходы на освещение, отопление, коммунальные услуги и т.п. Они принимаются равными одной трети основой зарплаты разработчиков программы.

То есть накладные расходы составят 6248 тг.

5.7 Расчет себестоимости программного продукта

Калькуляция себестоимости разработки приведена в таблице 5.3.

Социальный налог составляет 13% от фонда заработной платы. Полная себестоимость разработки определяется суммированием п.п. 1-6 таблицы 5.3. Оптовая цена определяется как сумма себестоимости и прибыли. Прибыль составляет 30% от себестоимости. При расчете договорной цены в общую стоимость закладывается сумма налога на добавленную стоимость, равного 13% от оптовой цены.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Таблица 5.3 – Статьи расходов на разработку методического пособия

№	Наименование статьи расхода	Затраты, тенге
1.	Материалы, покупные изделия, полуфабрикаты	5260
2.	Основная заработная плата	18744
3.	Дополнительная заработная плата	3744,8
4.	Оплата машинного времени	902,88
5.	Социальный налог	2923,5
6.	Накладные расходы	6248
7.	Полная себестоимость	37823,18
8.	Прибыль	11346,954
9.	Оптовая цена	49170,13
10.	НДС	6392,18

6 Расчет надежности лабораторной установки

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

6.1 Понятие надежности радиоэлектронной аппаратуры

Надежность является важнейшим показателем качества радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Безотказное функционирование РЭА в течение определенного интервала времени в одних случаях определяет успешность выполнения задачи, в других - качество работы, готовность к выполнению задач, экономические затраты.

Надежность - способность устройства выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надежность - сложное свойство РЭА, которое в зависимости от назначения объекта, условий его применения состоит из сочетания свойств - безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости (ГОСТ 27002-83).

Безотказность есть свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Наработка - это продолжительность или объем работы объекта.

Работоспособное состояние объекта такое, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и конструкторской документации. Противоположное ему неработоспособное состояние - это то, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации. Случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния с переходов в неработоспособное, есть отказ. Обратный переход (возврат) к работоспособному состоянию есть восстановление.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Долговечность - это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Предельное состояние - это состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению не допустимо или нецелесообразно либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно.

Как следует из определения, достижение предельного состояния может происходить в условиях, когда допустимо, выполняя ремонт, вернуть изделие в работоспособное состояния и продлить его срок службы. Тогда достижение предельного состояния еще не определяет долговечность.

Сохраняемость - это свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортирования.

Ремонтопригодность - это свойство объекта, заключающееся в

приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем про ведения технического обслуживания и ремонтов. Техническое обслуживание есть комплекс операций по поддержанию работоспособности (или исправности) изделия при использовании по назначению в течении срока службы РЭА, ожидании, хранении и транспортировании. Под ожиданием понимается нахождение РЭА в состоянии готовности к использованию по назначению. Под транспортированием - перемещение (не "своим" ходом) от места погрузки до момента выгрузки. Под хранением пребывание РЭА в нерабочем состоянии в приспособленных для этого помещениях. Ремонт - это комплекс операций по восстановлению работоспособности (исправности) и восстановлению ресурса изделия.

По мере развития РЭА роль надежности как оценки качества аппаратуры возрастает, так как усложняются выполняемые аппаратурой функции, увеличивается количество элементов. Это усложнение приводит к возрастанию количества отказов и времени восстановления.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Надежность РЭА - понятие комплексное. Оно определяется принципом действия, схемой, конструкцией, технологией изготовления и условиями эксплуатации, а также надежностью элементной базы.

6.2 Показатели надежности РЭА.

Показатель надежности - это количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. Различают единичные показатели, когда характеризуется одно из свойств и комплексные показатели, характеризующие совместно несколько свойств, составляющих надежность объекта.

Количественно надежность РЭА оценивается по следующим критериям:

- вероятность безотказной работы в течение определенного времени P(t);

- среднее время до первого отказа Т_ср;

- интенсивность отказов l(t);

- функция готовности К_г(t);

- коэффициент готовности К_г.

Критерии надежности можно разделить на две группы:

- критерии, характеризующие надежность невосстанавливаемых изделий;

- критерии, характеризующие надежность восстанавливаемых изделий.

Невосстанавливаемыми называются такие изделия, которые в процессе выполнения своих функций не допускают ремонта. Если происходит отказ такого изделия, то выполняемая задача будет сорвана и ее выполнение будет необходимо начинать вновь после устранения отказа, если это возможно.

Восстанавливаемыми называют изделия, которые в процессе выполнения своих функций допускают ремонт. Если происходит отказ такого изделия, то прекращение функционирования изделия происходит только на период устранения отказа.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

В соответствии с вышеизложенным в данном проекте необходимо рассчитать надежность восстанавливаемого изделия. На этапе технического

проектирования расчет целесообразно проводить по известным характеристикам элементов расчета (резисторы, конденсаторы, микросхемы и т.д.).

Весьма удобной характеристикой надежности изделия является

интенсивность отказов, так как она позволяет достаточно просто вычислить количественные показатели надежности простейших элементов, из которых

состоит изделие.

Интенсивностью отказов называется отношение числа отказавших

элементов в единицу времени к среднему числу элементов, исправно работающих в данный отрезок времени.

Интенсивность отказов изделия, состоящего из N элементов, определяется по формуле:

(6.1)

где l_i- интенсивность отказов i-гo элемента с учетом всех воздействующих

факторов.

Интенсивность отказов показывает, какая доля всех элементов данного типа в среднем выходит из строя за один час работы.

6.3 Расчет показателей надежности проектируемого устройства.

Элементы изделия находятся в различных режимах работы, значительно отличающихся от номинальной величины. Это влияет на надежность как изделия в целом, так и отдельных его составных частей. Поэтому для расчета надежности необходимо знать данные о коэффициенте нагрузки К_Н отдельных элементов и о зависимости интенсивности отказов элементов от их электрической нагрузки и температуры окружающей среды:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(6.2)

При разработке и изготовлении элементов предусматриваются

определенные, так называемые "нормальные" условия работы, которые приводятся в нормативно-технической документации (ГОСТ, ТУ): температура, относительная влажность, электрический режим, механические нагрузки и т.д.

Интенсивность отказов элементов в нормальных условиях эксплуатации называется нормальной интенсивностью отказов и обозначается l_о_i.

Интенсивность отказов элементов при эксплуатации в реальных условиях определяется по формуле:

(6.3)

где A_i - поправочный коэффициент интенсивности отказов, учитывающий влияние температуры окружающей среды (Т,°С), и электрической нагрузки (К_н):

(6.4)

где K_i, -поправочный коэффициент интенсивности отказов, учитывающий воздействие, главным образом, механических нагрузок (i) и относительную влажность окружающей среды ( g ):

K_i = f(g,j)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Значения поправочных коэффициентов A_i приведены в таблице 6.1. Так как эксплуатацию устройства предполагается производить в условиях лаборатории, Т.е. нормальных, поправочный коэффициент K_i = 1.

Значения коэффициента A_i,коэффициента нагрузки К_Н и температуры Т, а также рассчитанные по вышеприведенным формулам показатели надежности проектируемого устройства приведены в табл. 6.1

Таблица 6.1 - Расчетные данные для каждого элемента схемы

Наименование элемента	Количество элементов, N_i	l₀*10^-6,	Режим работы	a_i	l₀*a_i	l₀a_iN_i*10^-6

К_Н	t°C
Генератор	1	70	0,7	40	1	50	50
Тумблер	2	0,48	0,7	90	0,5	0,24	0,48
Рупорная антенна	1	10	0,7	60	1	10	10
Рефлектор	1	0,5	0,7	70	0,5	0,25	0,25
Измеритель отношения напряжений	1	50	0,8	60	1	40	40
Диэлектрическая стержневая антенна	1	10	0,7	40	1	10	10
Подставка с лимбом	1	5	0,7	60	1,4	7	7
Кабель	6	0,09	0,6	70	0,6	1,02	0,324
Штекер	8	0,5	0,7	80	2,5	1,25	10
Разъем	8	0,4	0,5	80	2,5	1	8
Волновод	2	2,4	0,7	40	0,5	1,2	2,4
Итого:						l_S=	168,454

Среднее время безотказной работы или наработки на отказ определяется как:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

(6.5)

Таким образом:

Т_ср =1/(168,454*10^-6)= 5936,3часов »1 год

Разрабатываемая установка относится к классу ремонтно-пригодных, поэтому она характеризуется такими критериями, как время восстановления, коэффициент готовности и коэффициент простоя.

Интенсивность отказов и средняя наработка на отказ характеризуют надежность изделия и не учитывают времени, требуемого на его восстановление. Поэтому необходимо рассчитать такие показатели, как время восстановления схемы и коэффициент готовности Кг.

Время восстановления складывается из времени отыскания неисправности t1=1,5ч, времени настройки t2=0,1 ч, и времени проверки t3=0,3ч.

Тв= 1,5+ 0,1+ 0,3=1,9 часа.

Интенсивность восстановления (m):

m=1/TB (6.6)

получим:

Кг=1/1,9=0,52

Коэффициент простоя рассчитывается по формуле:

Кпр=l/(l+m) (6.7)

Кпр=168,454* 10-6/(168,454-6+0,52)=0,0002

Вероятность безотказной работы в течении времени t определяется соотношением:

Р=ехр(-t/Tср) (6.8)

Составим таблицу зависимости безотказной работы от времени (см. табл. 6.2)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Таблица 6.2 - Зависимость безотказной работы от времени

t	0	10	100	1000	10000	100000	1000000
P(t)	1	0,999	0,988	0,885	0,294	0,0000004	0

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

7 Охрана безопасности и жизнедеятельности

В данном разделе дипломного проекта приводится анализ условий труда в производственном помещении. Этой части дипломного проекта нужно уделить особенное внимание, т.к. при не соблюдении норм, установленных законодательством, возможно нарушение работоспособности и жизнедеятельности рабочих. Поэтому, мы должны определить опасные и вредные производственные факторы, а также степень их опасности на рабочем месте. Так как в работе речь идет о лабораторных установках, здесь рассмотрены общие и частные случаи поведения при проведении лабораторных испытаний.

7.1 Общие требования безопасности

а) Ремонт и обслуживание аппаратуры радиосвязи проводится в порядке текущей эксплуатации.

б) Персонал лаборатории, выполняющий работы по эксплуатации аппаратуры, а также студенты проводящие эксперименты:

· Выполнять правила внутреннего трудового распорядка.

· Соблюдать инструкцию о мерах пожарной безопасности.

· Выполнять только ту работу, которая определена настоящей инструкцией.

· За невыполнение данной инструкции виновные привлекаются к ответственности согласно Правилам внутреннего трудового распорядка или взысканиям, определенным трудовым Кодексом Республики Казахстан.

7.2 Анализ опасных и вредных факторов

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

К основным вредным и опасным факторам, что влияют на людей работающих в лаборатории можно отнести:

· Плохая освещенность рабочей зоны;

· Повышенные уровни электромагнитных излучений;

· Опасность поражения электрическим током;

· Неудовлетворительные параметры микроклимата рабочей зоны;

· Повышенный уровень шума на рабочем месте;

· Повышенная напряженность электрического поля на рабочем месте;

· Влияние мониторов персональных компьютеров.

7.3 Требования к организации работы

а) При работе в лаборатории кроме настоящих Правил следует руководствоваться и другими действующими правилами по охране труда и техники безопасности.

б) Ответственность за выполнение настоящих Правил возлагается на заведующего лабораторией и руководителя лабораторных исследований.

в) Организация работы по охране труда возлагается на заведующего (руководителя) лабораторией, а по отдельным участкам - на их руководителей.

г) Проведение инструктажа должно быть зарегистрировано в специальном журнале.

д) Помещения лаборатории можно использовать только по их прямому назначению, проведение в них каких - либо других работ не разрешается.

е) Поверхности стен и потолков должны быть гладкими, допускающими легкую очистку их от пыли или "мокрую" уборку помещений.

ж) Полы в лабораторных помещениях покрываются линолеумом или релином.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

з) Помещения лаборатории должны освещаться непосредственно прямым естественным светом. Электрическая часть осветительных установок должна удовлетворять требованиям действующих Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

и) При эксплуатации приборов и аппаратов необходимо строго руководствоваться правилами (инструкциями), изложенными в техническом паспорте, прилагаемом к приборам и оборудованию заводом - изготовителем.

к) Металлические корпуса всех электроприборов должны быть обязательно заземлены.

л) Регулярно необходимо проверяться исправность электроприборов и электрооборудования. Работа на неисправных электроприборах и электрооборудовании запрещается.

м) При прекращении подачи электрического тока необходимо выключить все электроприборы.

н) При несчастных случаяхпострадавший сам (или свидетель происшествия) обязан немедленно сообщить об этом руководству лаборатории.

о) Персонал должен быть обучен оказанию пострадавшим необходимой первой помощи при несчастных случаях. В аптечке первой помощи всегда должны иметься соответствующие медикаменты и перевязочные средства.

п) Помещение лаборатории должно быть просторным и светлым.

р) Лаборатория должна быть снабжена необходимыми приборами и оборудованием.

с) В каждой лаборатории должна быть хорошая вентиляция.

7.4 Правила при работе в лаборатории

а) Работа должна быть предварительно спланирована учащимся и одобрена преподавателем.

б) На лабораторном столе во время работы не должно быть посторонних предметов.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

в) Строго запрещается принимать в лаборатории пищу.

г) До и после выполнения работы необходимо вымыть руки.

д) Со всеми возникающими вопросами сразу же обращаться к преподавателю.

7.5 Требования безопасности перед началом работы

а) Подобрать необходимый для выполнения данной работы инструмент, приспособления и средства защиты. Проверить внешним осмотром и убедиться в их исправности.

б) Перед включением аппаратуры студент и преподаватель обязаны проверить:

· правильность и надежность подключения кабелей питания;

· состояние, исправность и надежность подключения заземляющих проводов;

· плотность подключения высокочастотных кабелей связи между блоками радиостанции и антенной.

г) При провождении профилактических или ремонтных работ отключить электропитание и индикатором низкого напряжения убедиться в отсутствии постороннего напряжения на металлических частях радиоаппаратуры.

7.6 Требования безопасности во время работы

а) Во время проведения лабораторных работ при включенной аппаратуры запрещается подключать и отключать кабели питания.

б) При измерении параметров установки необходимо заземлить изме-рительные приборы, питание которых осуществляется от сети переменного тока.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

в) Устранение неисправностей производится только при выключенном питании.

7.7 Требования безопасности по окончании работы

а) По окончании работы на установке отключить питание блока питания от сети, блока питания от аппаратуры (если этого требует технология).

б) По окончании лабораторных работ отключить измерительную аппаратуру, установить защитные кожуха.

в) Сделать соответствующую запись о проделанной работе и проверке работоспособности в аппаратном журнале.

г) Вымыть руки теплой водой с мылом.

д) О всех недостатках по охране труда, обнаруженных во время работы, необходимо известить своего непосредственного руководителя.

7.8Требования к освещенности рабочего места

Освещенность рабочих помещений должна удовлетворять следующим условиям:

· уровень освещенности рабочихповерхностей долженсоответствоватьгигиеническим нормамдляданного видаработы;

· должны быть обеспечены равномерность и устойчивость уровня освещенностивпомещении, отсутствиерезких контрастовмеждуосвещенностью рабочейповерхностии окружающегопространства;

· в поле зрения не должно создаваться блеска источниками света и другими предметами;

· искусственный свет, используемый на рабочем месте, по своему спектральномусоставудолжен приближатьсякестес твенному.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Освещенность на рабочем месте должна соответствовать зрительным условиям труда согласно гигиеническим нормам. Так, в соответствии с нормами, освещенность при работе должна быть 200лк, а в сочетании с работой с документами - 400 лк.

Важной задачей является выбор вида освещения (естественное или искусственное). Применение естественного света имеет ряд недостатков:

· поступление света, как правило, только с одной стороны;

· неравномерность освещенности во времени и пространстве;

· ослепление при ярком солнечном свете и т.п.

Применение искусственного освещения помогает избежать рассмотренных недостатков и создать оптимальный световой режим. Однако применение помещений без окон создает в ряде случаев у людей чувство стесненности и неуверенности. И для правильной цветопередачи нужно выбирать искусственный свет со спектральной характеристикой, близкой к солнечной.

Расчет общего освещения проводится методом коэффициента использования светового потока для помещения со следующими параметрами: высота Н = 2,5 м, длина А = 3 м, ширина В = 4 м. При этом расстояние от пола до освещаемой поверхности составляет 1 м. Высоту подвеса светильников над рабочим местом определим по формуле:

H_П= H - (H₁ + H₂), (7.1)

гдеH_П - высота подвеса светильников, м;

H - высота помещения, м;

H₁ - расстояние от пола до освещаемой поверхности, м;

H₂ - расстояние от потолка до светильника, м.

H_П = 3 – (1 + 0,5) = 1,5 м

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Выбираются светильники типа ЛСП, в которых установлено две лампы, таким образом, расстояние между центрами светильников составит:

L=1,4 · H_П, (7.2)

гдеL - расстояние между центрами светильников, м.

L=1,4 · 1,5 = 2,1 м

Определяется площадь помещения:

S=A·B, (7.3)

гдеS - площадь помещения, м².

S = 4 · 8 = 32 м ²

При симметричном расположении светильников их количество находим по формуле:

(7.4)

где N_c - количество светильников, шт.

шт.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

Показатель формы прямоугольного помещения определяется по формуле:

(7.5)

где f - показатель формы.

По цветовой отделке помещения определяем коэффициенты отражения от

стен r_с_т = 50% ипотолков r_п_т = 70% .

По показателю помещения, выбранному типу светильника и коэффициентам отражения определяется коэффициент использования светового потока, который равен η =54% . По типу светильника и отношению f определяем значение коэффициента z, учитывающего неравномерность освещения. Для рядов люминесцентных ламп z=1,1.

Расчет необходимого светового потока одной лампы производится по формуле:

(7.6)

где - потребного светового потока одной лампы, лм.;

Е _н - освещенность по СНиП II-4 - 79, лк;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

z - коэффициент, учитывающий неравномерность освещения;

k - коэффициент запаса (1,5 для газоразрядных ламп);

N - число светильников в помещении, шт ;

n – число ламп в светильнике, ш.;

η - коэффициент использования светового потока.

лм

По напряжению в сети Uс и световому потоку одной лампы Ф_л определяется тип лампы ЛД30 со световым потоком Ф_л= 1640 лм. и потребляемой мощностью 30 Вт.

Определим мощность осветительной системы:

P = P_л·N·n, (8.7)

где P - мощность осветительной системы, Вт;

P_л - мощность одной лампы, Вт.

P = 30·8·2 =480 Вт.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

7.9 Техника безопасности при работе с электроприборами

а) Технические средства защиты (аппараты защиты) от коротких замыканий (автоматические или пробочные предохранители) в квартирной электросети находились в исправном состоянии. Категорически запрещается использовать для этой цели самодельные предохранители (куски провода, "жучки")

б) Электробытовые приборы : светильники, теле- и радиоаппаратура эксплуатировались в строгом соответствии с заводской инструкцией, содержались в исправном состоянии и своевременно ремонтировались. Их ремонт не должны осуществлять случайные люди.

в) Исправное состояние изоляции электропроводки, электрооборудования и прочих элементов электросети находились под постоянным контролем.

г) Ремонт и замена элементов электросети, электрооборудования и электробытовых приборов производится после их обесточивания.

д) Прибор включается в электросеть в следующем порядке: сначала шнур подключается к электроприбору, а лишь затем к сети. Его отключение производится в обратном порядке.

е) Бытовые приборы используются в помещении с непроводящими электрический ток полами. Их не следует эксплуатировать на влажном полу или на открытом воздухе.

Заключение

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

В данной работе был изучен материал по выбранной теме, рассмотрены достоинства и недостатки данного вида антенн, проанализирована практика применения зеркальных антенн в современной технике, рассмотрены и рассчитаны параметры и характеристики зеркальной параболической антенны используемой в лабораторных работах. А именно рассчитаны геометрические характеристик зеркальной антенны, параметры облучателя, такие как диаграмма направленности, поле излучения. Определены ширина диаграммы направленности, коэффициент направленного действия, коэффициента полезного действия, коэффициент усиления зеркальной антенны.

Были разработаны методические указания для двух лабораторных работ на тему исследования характеристик направленности зеркальных параболических антенн, поставить цели в перед студентами, чтобы теоретические знания полученные в лекциях были освоены и закреплены

Литература

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

1. Фрадин А.З. “Антенно-фидерные устройства” - М.: Связь, 1977.-440 с.

2. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. “Антенно-фидерные устройства” - М.: Радио и связь, 1989. - 352 с.

3. Лавров А. С., Резников Г. Б. “Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для вузов”– М.: Советское радио, 1974. – 368 с.

4. Фальковский О.И. “Техническая электродинамика” -М.: Связь, 1978. - 430 с.
Справочник по специальным функциям / Под ред. М.Абрамович и И.Стиган. - М. - Л.: Энергия, 1966.- 648 с.

5. Фрадин А.З. “Методические указания по проектированию антенно-фидерных устройств”ЛЭИС.- Л.,1986. -68с.

6. Фрадин А.З.” Антенны сверхвысоких частот” - М.: Советское радио, 1957. - 648 с.

7. Воскресенский Д.И. “Антенны и устройства СВЧ” -М.: Советское радио, 1972.- 320 с.

8. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П. и др. “Коротковолновые антенны” -М.: Радио и связь, 1985. -536 с.

9. Айзенберг Г. З., Ямпольский В. Г., Терешин О. Н., “Антенны УКВ.” – М.: Связь, 1971. В 2-х частях.

10. Драбкин А.Л., Коренберг Е.Б., Меркулов С.Е. / Антенны. 2^ое издание. Москва "Радио и связь" 1995. -130с.

11. Наймушин М.П., Панченко Б.А., Шабунин С.Н, “Проектирование антенных систем СВЧ” - М.: Связь 1993 год 48 с.

12. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г., “Антенно-фидерные устройства.” – М.: Сов. радио, 1974. 536 стр.

13. Жук М.С., Молочков Ю.Б., “Проектирование антенно-фидерных устройств” – М.: Энергия, 1996 год 648 с.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Р1РТ.000000.000 ПЗ

14. Сазонов Д.М., “Антенны и устройства СВЧ: Учебник для радиотехнических специальных вузов” М.: Высш. шк., 1988. ‑ 432 с.: ил. ISBN 5‑06‑001149‑6.

15. Барканов Н.А., Бердычевский Б.Е., Верхопятницкий П.Д. и др “Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надёжность”..;– М.: Радио и связь, 1985 – 384 с., ил. Впер.: 2р. 40000 экз.

16. Лавров А. С., Резников Г. Б. “Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для вузов.”– М.: Советское радио, 1974. – 368 с.

17. Зузенко В. А., Кислов А. Г., Цыган Н. Я. “Расчет и проектирование антенн” – Л.: ЛВИКА, 1969.

18. Хмель В. Ф. “Антенны и устройства СВЧ. Сборник задач” – М.: Издательское объединение «Вища школа»,1976. – 216 с.

19. Долуханов М.П. “Распространение радиоволн.” – М.: Связь, 1972.

20. Черенкова Е.Л. Чернышёв О.В. “Распространение радиоволн.” – М.: Радио и связь, 1984.

21. Ерохин Г.А., Чернышёв О.В. и др. “Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн.” – М.: Радио и связь, 1996.