Создан заказ №5540291
14 октября 2020
Моделирование монопольного фрактального излучателя "Треугольник Коха" в COMSOL Multiphisics 5.4
Как заказчик описал требования к работе:
Диаграмма направленности
Любой антенне присуще свойство концентрации (фокусирования) энергии излучаемых ею электромагнитных волн в определённой области пространства. Для описания её направленных свойств используют диаграммы направленности (ДН) передающей антенны по напряжённости поля и по плотности
потока мощности. Параметрами диаграммы направленности являются: ширина диаграммы направленности, уровень боковых лепестков ДН, коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усиления (КУ). Различают ДН по напряжённости поля и по мощности.
ДН по напряжённости поля – это зависимость амплитуды напряжённости электромагнитного поля, излучаемого антенной, от угловых координат в пространстве при одинаковом расстоянии до неё. Выбор расстояния (r) ограничен требованием нахождения измерителя в дальней зоне излучения антенны и рассчитывается исходя из неравенства (2.1)[2. C.122]:
(2.1)
где – наибольший габаритный размер антенны.
Обозначается ненормированная ДН по напряжённости поля следующим образом [2, c.122]:
E = (ϴ, φ) при r = const.
Здесь ϴ, φ и r – координаты точки наблюдения в сферической системе координат.
ДН по плотности потока мощности (по мощности) – это зависимость плотности потока мощности ЭМП, излучаемого антенной, от угловых координат в пространстве.
Ненормированная диаграмма направленности по мощности обозначается следующим образом [2, c.123]:
Π=(f^2 (ϴ,φ), при r = const.
Таким образом, ДН антенны по мощности равна квадрату её ДН по напряжённости поля.
ДН показывает как антенна направляет излучаемую ею энергию.
В отличие от антенн привычной формы фрактальные антенны содержат множество отрезков разной длины, расположенных в разных плоскостях поляризации. Это очевидно усложняет теоретический расчёт диаграмм направленности фрактальных антенн. Если на резонансных частотах диаграмму направленности ещё как-то можно теоретически приближенно представить, то на промежуточных частотах математический аппарат становится слишком сложным.
ДН любой фрактальной антенны является частотозависимой, т.к. на разных частотах будут резонировать разные отрезки полотна, при изменении частоты будет меняться фаза и сила тока, протекающего через отрезки полотна. По большому счёту, единственным способом построения ДН в отношении фрактальных антенн является компьютерное моделирование. Результаты такого моделирования показаны на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – ДН, полученные компьютерным моделированием 3D [12,c.715 ]
Но в большинстве случаев результаты компьютерного моделирования отличаются от реально измеренных. Поэтому, если имеется возможность, стоит применять методику натурного измерения диаграммы направленности. Методика состоит в следующем:
Рисунок 2.5 – Установка для натурного измерения диаграммы направленности [20 ]
В качестве источника высокочастотного сигнала используется генератор, к которому подсоединена неподвижная передающая антенна (вибратор с контррефлектором). Исследуемая приемная антенна устанавливается на поворотном устройстве. Принятый ею сигнал регистрируется вспомогательным стрелочным индикатором, необходимым для предварительной настройки установки, а затем поступает через АЦП на персональный компьютер, используемый для снятия диаграмм направленности исследуемых антенн.
Т.к. ДН для фрактальных антенн является частотозависимой, то данную процедуру необходимо повторять для каждой частоты, которая нас интересует. В результате мы получаем семейство ДН для всех частот в диапазоне.
На рисунках 2.5 -2.7 приведены несколько экспериментально измеренных ДН для следующих антенн:
Рисунок 2.6 - Диаграммы направленности фрактальной антенны Коха 1-й итерации с 4 противовесами, fРЕЗ = 961 МГц [20]
Рисунок 2.7 - Диаграммы направленности фрактальной антенны Коха 2-й итерации с 4 противовесами, fРЕЗ = 950 МГц [20]
Все диаграммы направленности составлены только для основной частоты, т.е. для частоты первого резонанса, который связан с длиной всего полотна целиком.
Для других частот диапазона их нужно будет измерять заново.
Важно отметить следующие факты:
− ДН фрактальных антенн имеют ярко выраженную «неправильную» форму, т.е. содержат множество лепестков, расположенных в пространстве почти хаотическим образом, и зависящих от конкретной частоты.
− При увеличении итерации фрактала реальное усиление на основной частоте падает. Диаграмма направленности сокращается.
− Линейная поляризация при применении фрактала к линейному полотну искажается. На основной частоте поляризация остается без значительных изменений. На высших частотах поляризация может меняться значительно. − При дальнейшем усложнении фрактала диаграмма направленности будет содержать ещё большее количество мелких лепестков, и коэффициент усиления на резонансных частотах, включая основную, будет падать.
− ДН для фрактальных антенн имеет множество лепестков (для чего не пригодны методы измерения ДН в двух плоскостях), работает в разных поляризациях (следовательно существует множество диаграмм направленности в зависимости от поляризации), и самое главное – ДН фрактальных антенн очень частотозависимы (при малейшем отклонении рабочей частоты ДН меняет свою форму).
− ДН фрактальных антенн создаются всеми сегментами своего полотна и потому имеют значительно более сложную форму, чем ДН линейных антенн.
− При небольшом количестве итераций ДН фрактальной антеннны можно получить путем компьютерного моделирования.
− Вследствие того, что ДН фрактальных антенн содержат множество лепестков, привычный подход к измерению ДН в нескольких плоскостях, который применяется для линейных антенн, неприменим для фрактальных антенн.
подробнее
Заказчик
заплатил
заплатил
300 ₽
Заказчик не использовал рассрочку
Гарантия сервиса
Автор24
Автор24
20 дней
Заказчик принял работу без использования гарантии
15 октября 2020
Заказ завершен, заказчик получил финальный файл с работой
5
Моделирование монопольного фрактального излучателя "Треугольник Коха" в COMSOL Multiphisics 5.4.docx
2020-10-18 12:32
Последний отзыв студента о бирже Автор24
Общая оценка
5
Положительно
Приятны и общительный автор. Ответил на все вопросы. Сделал раньше срока. Всем советую!
Хочешь такую же работу?
300 ₽
