ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СПИРАЛЬНОЙ АНТЕННЫ
|
Введение 4
I Выбор конструкции антенны для ПГС 11
1.1 Выбор класса антенны 11
1.1.1 Постановка задачи 11
1.1.2 Патч-антенна 12
1.1.3 Директорная антенна с круговой поляризацией .... 13
1.1.4 Спиральная антенна 14
1.2 Конструкция спиральной антенны 17
1.3 Моделирование характеристик спиральной антенны 18
1.4 Модели антенны в программном комплексе MMANA .... 21
1.4.1 Определение способа описания спирали 21
1.4.2 Модель антенны с экраном 25
II Генератор синусоидального сигнала 31
2.1 Радиомодуль NRF24LO1+ 32
2.2 Протокол Enhanced ShockBurst™ 32
2.3 Шина SPI 33
2.4 Настройка модуля в режим генерации несущей 34
2.5 Разработка прошивки для управляющего микроконтроллера 35
2.6 Управление генерацией и индикация выбранного канала . . 38
2.7 Монтаж генератора в корпус 42
III Измерение характеристик спиральной антенны 44
3.1 Измерение направленности излучения в лабораторных
условиях 44
3.2 Измерение ослабления сигнала в слое грунта 46
Заключение 52
Приложение
I Выбор конструкции антенны для ПГС 11
1.1 Выбор класса антенны 11
1.1.1 Постановка задачи 11
1.1.2 Патч-антенна 12
1.1.3 Директорная антенна с круговой поляризацией .... 13
1.1.4 Спиральная антенна 14
1.2 Конструкция спиральной антенны 17
1.3 Моделирование характеристик спиральной антенны 18
1.4 Модели антенны в программном комплексе MMANA .... 21
1.4.1 Определение способа описания спирали 21
1.4.2 Модель антенны с экраном 25
II Генератор синусоидального сигнала 31
2.1 Радиомодуль NRF24LO1+ 32
2.2 Протокол Enhanced ShockBurst™ 32
2.3 Шина SPI 33
2.4 Настройка модуля в режим генерации несущей 34
2.5 Разработка прошивки для управляющего микроконтроллера 35
2.6 Управление генерацией и индикация выбранного канала . . 38
2.7 Монтаж генератора в корпус 42
III Измерение характеристик спиральной антенны 44
3.1 Измерение направленности излучения в лабораторных
условиях 44
3.2 Измерение ослабления сигнала в слое грунта 46
Заключение 52
Приложение
В настоящее время в мире происходят заметные глобальные изменения климата, отражающиеся и на региональном уровне. При этом многие сферах человеческой деятельности напрямую зависят от погодных условий. К числу таких областей относятся: сельское хозяйство, транспорт (особенно водный и воздушный) и т.д. Помимо краткосрочных эффектов, климатические процессах могут оказывать долговременное воздействие на человеческую деятельность: если двухнедельная засуха способна понизить урожай сельскохозяйственных культур и создать проблему с обеспечением продовольствием населения в текущем году, то засушливая погода в течение нескольких лет подряд может стать причиной опустынивания сельскохозяйственных угодий и создать проблемы, которые будут ощущаться на протяжении нескольких веков, а то и тысячелетий.
Изменение климата может быть обусловлено как естественными, так и антропогенными факторами [1], в частности, загрязнением природной среды. Антропогенные загрязнения, в свою очередь, могут быть как следствием плохо разработанной технологии утилизации отходов производства [2, 3], так и результатом производственных аварий [4] или стихийных бедствий [5, 6]. Загрязнение природной среды из-за хозяйственной деятельности человека может оказывать самые различные воздействия на погодные условия, на растительный покров, на животный мир, и конечно же на самого человека.
В настоящее время предпринимаются усилия с целью снизить остроту проблем, связанных с воздействием человека на окружающую среду: ужесточается экологическое законодательство, активно развиваются и внедряются технологии вторичного использования сырья и утилизации отходов производства. Существенный вклад в снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду должна внести модернизация землепользования [7], включающая в себя применение современных методов агротехники, рекультивацию почв и другие меры. Для эффективного управления землепользованием требуется развитие методов сбора и хранения информации о текущем состоянии окружающей среды: воздушных, водных и почвенных ресурсов; динамике изменений основных параметров и т.д. Для хранения информации о состоянии окружающей среды широко применяются базы данных, а для визуализации - геоинформационные системы (ГИС) [8]. Сбор информации для наполнения баз данных может осуществляться различными методами.
Наиболее перспективным направлением, обеспечивающим изучение текущего состояния природной среды является дистанционное зондирование [9, 10]. Его основные достоинства - это широкий охват территории и возможность организации постоянного полуавтоматического или даже автоматического мониторинга.
Дистанционное зондирование может осуществляться радиометрическими (пассивными) [9] и радиолокационными (активными) методами [10]. При активном зондировании исследуемый объект облучается электромагнитными волнами с известными характеристиками и по их рассеянию можно судить о структуре и свойствах исследуемого объекта. При пассивном зондировании регистрируется собственное радиотепловое излучение объекта и по этому излучению можно делать выводы о свойствах объекта. Недостатком пассивных методов исследования является сложность выделения объекта на фоне окружающих предметов и сравнительно низкий уровень принимаемого сигнала, требующий сложной - малошумящей и высокочувствительной аппаратуры. Независимо от метода, глубина проникновения волн в объект ограничена скин-эффектом, таким образом исследовать характеристики
почвы возможно лишь до определенной глубины, по порядку величины соответствующей длине волны.
Изменение климата может быть обусловлено как естественными, так и антропогенными факторами [1], в частности, загрязнением природной среды. Антропогенные загрязнения, в свою очередь, могут быть как следствием плохо разработанной технологии утилизации отходов производства [2, 3], так и результатом производственных аварий [4] или стихийных бедствий [5, 6]. Загрязнение природной среды из-за хозяйственной деятельности человека может оказывать самые различные воздействия на погодные условия, на растительный покров, на животный мир, и конечно же на самого человека.
В настоящее время предпринимаются усилия с целью снизить остроту проблем, связанных с воздействием человека на окружающую среду: ужесточается экологическое законодательство, активно развиваются и внедряются технологии вторичного использования сырья и утилизации отходов производства. Существенный вклад в снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду должна внести модернизация землепользования [7], включающая в себя применение современных методов агротехники, рекультивацию почв и другие меры. Для эффективного управления землепользованием требуется развитие методов сбора и хранения информации о текущем состоянии окружающей среды: воздушных, водных и почвенных ресурсов; динамике изменений основных параметров и т.д. Для хранения информации о состоянии окружающей среды широко применяются базы данных, а для визуализации - геоинформационные системы (ГИС) [8]. Сбор информации для наполнения баз данных может осуществляться различными методами.
Наиболее перспективным направлением, обеспечивающим изучение текущего состояния природной среды является дистанционное зондирование [9, 10]. Его основные достоинства - это широкий охват территории и возможность организации постоянного полуавтоматического или даже автоматического мониторинга.
Дистанционное зондирование может осуществляться радиометрическими (пассивными) [9] и радиолокационными (активными) методами [10]. При активном зондировании исследуемый объект облучается электромагнитными волнами с известными характеристиками и по их рассеянию можно судить о структуре и свойствах исследуемого объекта. При пассивном зондировании регистрируется собственное радиотепловое излучение объекта и по этому излучению можно делать выводы о свойствах объекта. Недостатком пассивных методов исследования является сложность выделения объекта на фоне окружающих предметов и сравнительно низкий уровень принимаемого сигнала, требующий сложной - малошумящей и высокочувствительной аппаратуры. Независимо от метода, глубина проникновения волн в объект ограничена скин-эффектом, таким образом исследовать характеристики
почвы возможно лишь до определенной глубины, по порядку величины соответствующей длине волны.
В ходе выполнения данной работы была построена модель спиральной антенны в программном комплексе MMANA. Спираль аппроксимирована ломаной линией, причём было определено оптимальное количество разбиений витка - 8. Для улучшения направленных свойств к антенне был добавлен рефлектор; квадратной и круглой формы. Установлено, что размеры рефлектора влияют на работу антенны в большей степени, чем форма.
Был разработан тестовый автономный генератор синусоидального сигнала, который способен генерировать сигнал в пределах 2.4 - 2.5 ГГц с мощностью от — 18 dBm до 0 dBm. Данный генератор позволяет автономно измерять характеристики антенн в полевых условиях. На основе такого генератора можно построить установку для измерения характеристик направленности любых антенн, которые работают в полосе частот 2.4 - 2.5.
Был изготовлен прототип спиральной антенны для ПГС. С помощью разработанного генератора в лабораторных условиях была протестирована методика измерения диаграммы направленности прототипа спиральной антенны (рис. 3.2.). Измерена зависимость значения КСВ от частоты в диапазоне 2.4 - 2.5 с шагом 10 МГц. Во всем диапазоне частот значение КСВ не превышает 1.4.
Было проведено экспериментальное определение пригодности рассматриваемой спиральной антенны в составе ПГС, спиральная антенна помещалась под землю и фиксировался уровень мощности полученного сигнала в зависимости от слоя грунта (10, 20, 30 см). Из полученных результатов сделан вывод, что рассматриваемая спиральная антенна пригодна для использования в составе ПГС.
Был разработан тестовый автономный генератор синусоидального сигнала, который способен генерировать сигнал в пределах 2.4 - 2.5 ГГц с мощностью от — 18 dBm до 0 dBm. Данный генератор позволяет автономно измерять характеристики антенн в полевых условиях. На основе такого генератора можно построить установку для измерения характеристик направленности любых антенн, которые работают в полосе частот 2.4 - 2.5.
Был изготовлен прототип спиральной антенны для ПГС. С помощью разработанного генератора в лабораторных условиях была протестирована методика измерения диаграммы направленности прототипа спиральной антенны (рис. 3.2.). Измерена зависимость значения КСВ от частоты в диапазоне 2.4 - 2.5 с шагом 10 МГц. Во всем диапазоне частот значение КСВ не превышает 1.4.
Было проведено экспериментальное определение пригодности рассматриваемой спиральной антенны в составе ПГС, спиральная антенна помещалась под землю и фиксировался уровень мощности полученного сигнала в зависимости от слоя грунта (10, 20, 30 см). Из полученных результатов сделан вывод, что рассматриваемая спиральная антенна пригодна для использования в составе ПГС.
Подобные работы
- Расчёт электромагнитных полей с помощью программы ОрепEMS
Бакалаврская работа, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4235 р. Год сдачи: 2020 - Многолучевая цилиндрическая фазированная антенная решетка системы метеорологического радиомониторинга
Бакалаврская работа, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4800 р. Год сдачи: 2020 - МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ СВОЙСТВ АНТЕННЫ-АППЛИКАТОРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА В МИКРОВОЛНОВОМ ДИАПАЗОНЕ
Магистерская диссертация, информационные системы. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2020 - МЕТОД КОНТРОЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ОПОР ЛЭП
Магистерская диссертация, метрология. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2019 - КВАЗИСТАТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РЕЗОНАНСНОГО РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН НА НЕЗАМКНУТЫХ АНИЗОТРОПНО ПРОВОДЯЩИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЯХ
Диссертация , физика. Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2002