Антенны для мобильных средств связи - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Основные характеристики встроенных антенн, используемых для беспроводной передачи информации в мобильных средствах связи; типы, конструктивные особенности. Исследование параметров направленных свойств антенн, степени их согласованности с фидером.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Федеральное агентство по образованию
Томский государственный университет (ТГУ)
Антенны для мобильных средств беспроводной связи
2. Типы встраиваемых антенн, использующихся для мобильных средств связи
3. Экспериментальное исследование антенн для мобильных средств
3.1 Результаты численного моделирования
3.2 Результаты экспериментального исследования
3.2.1 Методика измерения характеристик
3.2.2 Характеристики inverted F-antenna
Длина вибратора < 10 см, Высота < 5 см
Полоса пропускания (в процентном отношении %)
Измерение коэффициента отражения в широкой полосе частот с помощью измерительной линии или моста слишком трудоемко и низко производительно. Сложные и дорогостоящие панорамные измерители не всегда доступны. Однако в тех случаях, когда достаточно знать коэффициент отражения или КСВН с погрешностью 10-20%, указанные параметры можно измерить с помощью измерителя амплитудно-частотных характеристик (ИАЧХ) и отрезка длинной линии по схеме, приведенной на рисунка 25.


Рисунок 25 - Схема измерения коэффициента отражения
1 - проходная детекторная секция, 2 - отрезок линии передачи с волновым сопротивлением W 0
Если к высокочастотному выходу ИАЧХ с выходным сопротивлением Z подключить через проходную детекторную головку отрезок линии передачи с волновым сопротивлением W 0 , нагруженный на сопротивление Z н , то при Z = W 0 и отсутствии потерь в линии напряжение на выходе ИАЧХ (в месте включения детекторной секции) будет равно
- комплексный коэффициент отражения; U 0 - напряжение на согласованном выходе ИАЧХ; v - скорость распространения волны в линии; L - длина линии.
Продетектированное напряжение при Z н W 0 будет изменяться от
Г ьшт =Г 0 (1-Г н ) до Г ьфч =Г 0 (1+Г н )б
как это показано сплошной линией на рисунке 26. Пунктирной линией обозначена осциллограмма напряжения в случае разомкнутой линии (Z н =). Уменьшение размаха U при увеличении частоты обусловлено потерями в линии.
Легко показать, что модуль коэффициента отражения
где f - сдвиг минимума напряжения при подключенной нагрузке относительно минимума при разомкнутой линии; f 0 = v/2L - расстояние между минимумами кривой при разомкнутой линии. Зная модуль и фазу коэффициента отражения можно определить величину комплексного сопротивления нагрузки, используя диаграмму Вольперта-Смита. Величина КСВН определяется известным соотношением


Рисунок 26 - Осциллограммы, получаемые на экране ИАЧХ
1 - линия нагружена на сопротивление Z н W 0 , 2 - линия разомкнута на конце
Длина кабеля L должна быть достаточной, чтобы в исследуемом участке частотного диапазона было хотя бы 2-3 минимума или максимума кривой. Нелинейность амплитудной характеристики детекторной головки приводит к увеличению U, вследствие чего измеренное значение |Г н | оказывается несколько завышенным по сравнению с истинным. Поэтому напряжение на выходе ИАЧХ должно быть достаточным, чтобы детектор работал на линейном участке вольтамперной характеристики.
Недостаток метода заключается в том, что измеренные величины |Г н | и являются усредненными на интервале f 0 и нельзя установить их точное значение на любой частоте. Однако при исследовании широкополосных устройств этот недостаток становится несущественным.
3.2.2 Характеристики inverted F - antenna
Характеристики исследуемой антенны снимались на частоте работы сотовых телефонов стандарта GSM - 950 МГц. При этой частоте л = 0.31 м. Для качественного исполнения модели IFA и для получения приемлемых характеристик нужно было точно рассчитать габариты исследуемой антенны для данной длины волны. Это было сделано с помощью программного пакета CST Microwave Studio. Эта программа позволяет моделировать антенны с условиями максимально приближенным к реальным. Чертёж выполненной антенны изображён на рисунке 27. Размеры антенны даются в длинах волн.
Рисунок 27 - Чертёж выполненной антенны
Внешний вид самой антенны и вид осцилограммы, полученной при измерении КСВ антенны на экране прибора Х1-42, показаны на рисунке 28.
Рисунок 28 - Внешний вид антенны (слева) и осциллограммы, полученной при измерении КСВ (справа)
Во время измерения КСВ обнаружилось побочное действие близлежащих проводников на вид осциллограммы. К тому же соприкосновение с конструкцией приводило к резкому изменения показаний прибора. Поэтому для более качественного результата измерений конструкцию антенны приходилось максимально отдалять от металлоконструкций и других проводников. В случае измерения ДН переизлучение от посторонних предметов не было, так как измерения проводились в безэховой камере. Вид измеренных характеристик изображён на рисунке 29. Для наглядности на рисунке 28(б) изображён красным цветом уровень 2.
Рисунок 29 - Вид ДН(а) и КСВ(б) исследуемой антенны
Из рисунка 29(а) видно, что измеренная диаграмма направленности обладает направленными свойствами. На ней чётко видны максимум и минимум излучения. Это говорит о том, что использование исследуемой IFA в качестве встроенного излучателя сотового телефона представляется вполне реальным. Из рисунка 29(б) следует, что исследуемая антенна имеет хороший показатель согласования с фидером на частотах от 840 до 880 МГц, где значение КСВ IFA лежит ниже уровня 2. «Выгодная» область значений КСВ сдвинута в сторону уменьшения частоты вследствие того, что размеры антенны перед конструированием были вычислены не совсем точно для работы на частоте 950 МГц. Используя чертёж, изображённый на рисунке 27, можно сконструировать антенну нужных размеров и добиться того, чтобы провал значений КСВ происходил на нужных частотах.
Для качественного анализа полученных результатов стоит наглядно сопоставить численно рассчитанные характеристики с измеренными параметрами антенны. На рисунке 30 изображены рассчитанная и измеренная диаграммы направленности IFA.
Рисунок 30 -Измеренная ДН(слева) и рассчитанная ДН(справа)
Из рисунка 30 видно, что вид рассчитанной и вид измеренной диаграмм направленности совпадают. Сохраняются направления минимума и максимума излучения. Напомним, что измерения и численные расчёты параметров исследуемой антенны производились в двух разных диапазонах. Для измерения был взят рабочий диапазон частот сотовых телефонов стандарта GSM с центральной частотой 950 МГц. Для численных расчётов брался диапазон частот WIFI с центральной частотой 2450 МГц. Это сделало наш эксперимент более «широким» в частотном отношении. С определённой точностью можно сказать, что исследуемая IFA излучает и принимает сигналы с одинаковой направленностью в двух разных частотных диапазонах, используемых для беспроводной передачи информации.
Для визуального сравнения измеренного КСВ с вычисленным приведён рисунок 31.
Рисунок 31 - Вид измеренного КСВ(а) и вид вычисленного КСВ(б) исследуемой антенны
Измеренный КСВ (рисунок 31(а)) для исследуемой антенны имеет такой же спад значений, как и вычисленный (рисунок 31(б)). Отличие состоит в том, что у вычисленного КСВ диапазон частот, на которых значение коэффициента меньше 2, значительно больше. Если у измеренного коэффициента этот диапазон составил порядка 40 МГц, то у КСВ, полученного численным методом, ширина рабочего диапазона составляет примерно 100 МГц. Согласно вышесказанному, можно заключить, что рассмотренная антенна может быть хорошо согласованной на разных диапазонах частот, используемых для передачи информации беспроводным путём. Это говорит о том, что применение такой антенны в качестве встроенного излучателя-приёмника во многих случаях является оправданным. Поэтому антенны типа IFA получили широкое распространение среди конструкторов мобильных цифровых устройств.
В ходе работы рассмотрены такие типы встроенных антенн, как: inverted L-antenna (ILA), inverted F-antenna (IFA), planar inverted F-antenna (PIFA). Все эти антенны используются для беспроводной передачи информации. Изучены характеристики этих антенн, в частности: входной импеданс, диаграмма направленности и коэффициент стоячей волны, рассмотрена зависимость этих характеристик от габаритов конструкций излучателей.
Проведено экспериментальное исследование двух типов антенн: ILA и IFA. С помощью программы 4Nec2 для этих антенн рассчитаны ДН и КСВ на частотах WIFI-диапазона - 2400-2483,5 МГц.
В ходе численного эксперимента установлено, что использование антенны типа IFA как встроенной антенны для мобильных устройств, осуществляющей передачу информации беспроводным путём, является более выгодным, чем использование антенны типа ILA; оказалось, что IFA согласуется с фидером гораздо лучше, чем ILA. Значение входного импеданса IFA может варьироваться в зависимости от расстояния вертикалей антенны.
Изготовлен макет IFA антенны, при помощи которого измерены ДН и КСВ для этой антенны в диапазоне частот работы сотового телефона стандарта GSM - 925-965 МГц. Согласно теореме об электродинамическом подобии излучателей произведено сравнение характеристик для антенны этого типа, измеренных в разных частотных диапазонах. Показано, что результаты экспериментального исследования совпадают с результатами численного моделирования.
Таким образом, можно считать, что результаты численного моделирования позволяют рассчитать с достаточной точностью характеристики антенн, что является достаточно важным фактом, так как в большинстве случаев выполнение в лабораторных условиях макетов исследуемых излучателей и измерение с их помощью антенных характеристик является невозможным.
Автор данной работы считает все задачи, поставленные в начале исследований, выполненными, работу считает законченной.
1. Wheeler H.A., A. Helical Antenna for Circular Polarization. - Proceedings of the IRE, Dec. 1947, p.1484-1488.
2. Minh'Chau T. Huynh. A. Numerical and Experimental Investigation of Planar Inverted'F Antennas for Wireless Communication Applications. - In: Master Thesis of Science in Electrical Engineering. - Virginia Polytechnic Institute and State University. - Blacksburg, Virginia. - Oct. 19, 2000. - 123 p. - http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/ etd'10242000'22130026/unrestricted.
3. Redvik J. Overview of Small Antennas at EMW.- In: COST 260 Management Committee and Working Groups Meeting, Gothenburg, Sweden, May 2-5, 2001. - Small Antenna Group Antenna Research Center. - Ericsson Microwave Systems AB. - http://www.rc.fer.hr/ cost260/gothenbu/gop33.pdf.
4. Ollikainen J., Vainikainen P. Design and Bandwidth Optimization of Dual'Resonant Patch Antennas. - Helsinki University of Technology. Radio Laboratory Publications. REPORTS 252. - Espoo. March, 2002. - http://lib.tkk.fi/ Diss/2004/isbn9512273810/article1.pdf. 8.
5. Patent 6,795,028 USA. H01Q 1/24. Wideband Compact Planar Inverted'F Antenna/ Warren L. Stutzman, Minh'Chou Huynh. - Date of Patent: Sept. 21,2004. - PCT Filed: Apr. 27, 2001.
6. Драбкин А.Л., Зузенко И.Л. Антенно-фидерные устройства. - М.:Сов. Радио.1961. - 816 с.
7. Gobien A.T. Investigation of Low Profile Antenna Designs for Use in Hand_Held Radios.- Master Thesis of Science in Electrical Engineering. - Virginia Polytechnic Institute and State University. Aug. 1, 1997. - http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd_7697_21043.
8. Беличенко В.П., Буянов Ю.И, Кошелев В.И. Излучение сверхширокополосных электромагнитных импульсов. Метод. пособие. Томск: Изд-во Томск. ун-та , 2004 - 31 с.
9. Беличенко В.П., Буянов Ю.И, Кошелев В.И. Приём сверхширокополосных электромагнитных импульсов. Метод. пособие. Томск: Изд-во Томск. ун-та , 2004 - 31 с.
10. Кочержевский Г.Н. Антенно-фидерные устройства. М., «Связь». -1972. - 280с.
11. Шубарин Ю.В. Антенны сверхвысоких частот.-1960. - 19-37с.
12. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн.-1957. - 126-152с.
Виды и классификация антенн систем сотовой связи. Технические характеристики антенны KP9-900. Основные потери эффективности антенны в рабочем положении аппарата. Методы расчета антенн для сотовых систем связи. Характеристики моделировщика антенн MMANA. курсовая работа [3,5 M], добавлен 17.10.2014
Основные модификации зеркальных антенн, в которых для фокусирования высокочастотной электромагнитной энергии используется явление зеркального отражения от криволинейных металлических поверхностей (зеркал). Конструктивные особенности и типы антенн. курсовая работа [303,5 K], добавлен 25.12.2008
Назначение и принцип работы логарифмической периодической антенны для приема и передачи мобильных радиосигналов. Разработка конструкции и технологии изготовления антенны, расчет на прочность, диаграммы направленности. Анализ технологичности конструкции. дипломная работа [3,1 M], добавлен 02.05.2016
Особенность теории спиральных антенн, их типы, свойства, сложность расчета поля и виды волн в них. Широкополосность и моделирование антенн. Теоретический анализ спиральной антенны сотового телефона. Расчёт диаграммы направленности плоских антенн. дипломная работа [4,5 M], добавлен 08.03.2011
Расчет основных электрических характеристик схемы питания и направленных свойств антенн, входящих в состав спутниковых систем радиосвязи, телевидения и радиорелейных линий связи. Определение коэффициента полезного действия фидера бортовой антенны. курсовая работа [38,9 K], добавлен 12.02.2012
Понятие и принцип работы передающих антенн и их диаграммы направленности. Расчет размеров и резонансных частот для фрактальных антенн. Проектирование печатной микрополосковой антенны на основании фрактала Коха и 10 макетов антенн проволочного типа. дипломная работа [450,6 K], добавлен 02.02.2015
Осуществление беспроводной передачи данных по технологиям ближней связи, применяемые в мобильных устройствах. IrDA: преимущества и недостатки. Bluetooth для мобильной связи, потребность в устройствах, частотный конфликт. Системные и технические аспекты. реферат [29,3 K], добавлен 23.04.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Антенны для мобильных средств связи дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Контрольная Работа Алгебра 8 Гдз Александрова
Реферат: Жизнь и быт русских людей XVI века в "Домострое"
Курсовая Работа На Тему Аналіз Впливу Непрямого Цінового Регулювання На Ринкову Рівновагу
Курсовая работа: Ипотека, особенности ипотеки жилых домов и квартир. Скачать бесплатно и без регистрации
150 Типовых Ошибок Оформления Диссертаций
Реферат Витамин В1
Контрольная Работа На Тему Искусство И Цивилизация
Дипломная работа по теме Передача информации из ультразвуковой медицинской диагностической установки ALOCA SSD650
Сочинение Егэ По Паустовскому Осень
Доклад по теме Григорович Д.В.
Шпаргалки По Русскому Языку Огэ Сочинение
Курсовая работа: Возникновение социологии. Скачать бесплатно и без регистрации
Площадь Треугольника Контрольная Работа
Современное Телевидение Реферат
Реферат: Организация и управление работой флота
Дипломная работа по теме Фільтр верхніх частот
Реферат: John Warr Essay Research Paper Civil War
Курсовая работа: Количественные методы исследования средств массовой информации. Скачать бесплатно и без регистрации
К Какому Жанру Относится Произведение Каминского Сочинение
Половое воспитание и подготовка учеников к семейной жизни
Страховое мошенничество и уголовная ответственность за его совершение - Государство и право дипломная работа
Производство в хозяйственном суде кассационной инстанции - Государство и право реферат
Основные характеристики доверенности - Государство и право реферат