Parabolantenne. Diagramm und Funktionsprinzip einer Parabolantenne Funktionsprinzip einer Parabolantenne

Antennen mit einem Gewinn über 20 dB, die für den Betrieb im UKW-Band vorgesehen sind, werden üblicherweise als Parabolantennen ausgeführt. Im Vergleich zu Antennenarrays verfügen Parabolantennen über eine einfachere Stromversorgung und einen höheren Wirkungsgrad. Darüber hinaus sind reflektierende Parabolantennen naturgemäß sehr breitbandig und eine weitere Erweiterung des Frequenzbandes wird einfach durch eine Änderung der Antenneneinspeisung erreicht.

Derzeit werden fast alle professionellen Antennen mit einem Gewinn von mehr als 30 dB auf der Basis von Spiegelantennen gebaut. Beachten Sie, dass die Größe vorhandener Spiegelantennen enorm ist. Beispielsweise hat die Reflektorantenne des Ionosphärischen Observatoriums der Cornell University in Arecibo (Puerto Rico) einen Durchmesser von 305 m.

Die großen Abmessungen von Spiegelantennen, mit deren Hilfe ein hoher Gewinn und eine geringe Strahlungsmusterbreite realisiert werden, erfordern eine hohe Präzision bei der Herstellung des Parabolspiegelprofils. Dies wiederum stellt hohe Anforderungen an die Festigkeit der Antenne, die unter dem Einfluss von Windlasten ohne Verschlechterung der Parameter funktionieren muss.

Den Funkamateuren gelang es, eine Reihe ausreichender Leistungen zu erbringen einfache Designs Spiegelantennen für den Betrieb im 432- und 1296-MHz-Band, Aussehen einer davon ist in Abb. dargestellt. 6.63.

Nachfolgend finden Sie die grundlegenden Informationen, die zum Entwurf von Parabolantennen erforderlich sind.

Bei einer Eckantenne werden in der Nähe von Punkt A nur wenige Strahlen reflektiert (siehe Abb. 6.53). B), breiten sich entlang der Antennenachse aus, der Rest ist gestreut. Bei einer Parabolantenne verlaufen alle vom Reflektor reflektierten Strahlen parallel zur Antennenachse und sind an der Entstehung einer gerichteten Strahlung beteiligt (Abb. 6.64). Beachten Sie, dass in der Apertur der Parabolantenne eine flache Wellenfront entsteht.



Nur ein Teil des vom Strahler elektromagnetischer Energie emittierten FP fällt auf den Reflektor, und der verbleibende Teil des FP passiert den Spiegel. Bei modernen Spiegelantennen beträgt das Verhältnis FR/(FR + FP) mehr als 90 %. Natürlich ist bei Parabolantennen, die von Funkamateuren entwickelt wurden, der Wert des Verhältnisses Ф Р /(Ф Р + Ф Р) kleiner, was hauptsächlich durch die Unvollkommenheit des Strahlungssystems bestimmt wird.

Eine Erhöhung des Verhältnisses FR /(FR + FP) wird durch die Gestaltung von Strahlern mit den gewünschten Strahlungseigenschaften erreicht. Am häufigsten verwenden Funkamateure ein System bestehend aus einem Vibrator und einem Reflektor (W-R), wie in Abb. 6,65 A. Als Speisequelle wird auch eine Rückstrahlungsantenne verwendet (Abb. 6.66). Das Strahlungsmuster der Antenne als Ganzes und der Einspeisung separat ist in Abb. dargestellt. 6,66 B.



Der höchste Gewinn einer Parabolantenne wird erzielt, wenn die gesamte Oberfläche der Antenne gleichmäßig angeregt wird. Echte Antennendesigns zeichnen sich durch eine ungleichmäßige Amplitudenanregung aus, und häufig werden spezielle Maßnahmen ergriffen, um die Bestrahlung der Kanten des Antennenspiegels zu reduzieren, was zu einer deutlichen Erhöhung des F/B-Verhältnisses führt. Bei modernen Antennen erreicht dieses Verhältnis 60...70 dB.

Das Strahlungsdiagramm einer Parabolantenne ergibt sich aus der Addition der Diagramme der vom Reflektor reflektierten Welle und des Emitterfeldes (Abb. 6.67). In der Abbildung zeigen die + und – Zeichen wie zuvor schematisch eine Phasenänderung um 180°.



Der maximale Gewinnwert einer Parabolantenne mit einer Apertur mit einem Durchmesser D wird durch die Formel G = (πD/λ) 2 bestimmt. Die in Abb. 6.68 erlauben uns, den Gewinn einer Parabolantenne mit einem Reflektordurchmesser d bei den Frequenzen 144 zu bestimmen; 432 und 1296 MHz. Die Breite des Strahlungsmusters bei halber Leistung kann durch die Formel θ 0,5 = 58λ/D abgeschätzt werden, und die Breite des Strahlungsmusters bei Nullstrahlungsniveau durch die Formel θ 0 = 140λ/D.



Es ist zu beachten, dass die letzten Formeln nur unter der Bedingung einer gleichmäßigen Anregung der Oberfläche der Parabolantenne gültig sind. Wie bereits in der Praxis festgestellt, trifft dies nicht immer zu, und daher geben die mit diesen Formeln erhaltenen Schätzungen die Mindestwerte der erforderlichen Parameter an. Die tatsächlichen Werte der Parameter liegen immer um mehrere zehn Prozent höher.

Die Antennenspeisung befindet sich im Brennpunkt F der Parabel (Abb. 6.69). Der Brennpunkt der Parabel kann innerhalb der Spiegelöffnung liegen oder außerhalb der Öffnung liegen. Dies hängt vom Verhältnis der Brennweite L zum Durchmesser der Parabelöffnung ab. Die Tiefe des Parabolspiegels wird mit dem Parameter g = 16L 2 /D 2 bestimmt. Große Werte des Parameters g charakterisieren Systeme mit langem Fokus und kleine Werte charakterisieren Systeme mit kurzem Fokus. Der Fall g = 1 entspricht einem Parabolspiegel mit einem Öffnungswinkel, gemessen vom Antennenfokus, gleich 180°. Das bedeutet, dass der Brennpunkt der Parabel auf der Verbindungslinie der Spiegelkanten liegt.



Um die Abschattung der Antennenapertur durch die Einspeisung zu reduzieren (was sowohl zu einer Verringerung des Gewinns als auch zu einer Erhöhung der seitlichen Strahlung führt), wurde das sogenannte Schema mit Fernbestrahlungsgerät(Abb. 6.69 B). In diesem Fall wird ein nicht achsensymmetrischer Teil der Oberfläche eines Rotationsparaboloids als reflektierender Spiegel verwendet.

Manchmal wird auch eine andere Art von Reflektorantenne verwendet - parabolischer Zylinder(Abb. 6.69 V). Dieses Design ist einfacher herzustellen, da es nur in einem Abschnitt des Spiegels eine Krümmung aufweist und der zweite Abschnitt eine gerade Linie ist. Denken Sie daran, dass bei einem herkömmlichen Parabolantennendesign der Spiegel in beiden orthogonalen Abschnitten eine Krümmung aufweist. Antennen, die eine Zylinderwelle erzeugen, können als Speisung für Antennen mit einem Spiegel in Form eines Parabolzylinders verwendet werden.

Einführung

Analyse technischer Spezifikationen

1.1 Grundlegende geometrische Eigenschaften eines Rotationsparaboloids

1.2 Diagramm und Funktionsprinzip einer Parabolantenne

1.4 Effizienz einer Parabolantenne. Optimaler Strahler

1.5 Faktoren, die zu einer Verringerung des Antennengewinns führen

Berechnung von Antennenparametern

1 Berechnung der geometrischen Abmessungen der Antenne

2 Berechnung der geometrischen Abmessungen des Strahlers

3 Berechnung des Strahlungsmusters der Einspeisung

4 Berechnung der Antennenamplitudenverteilung

5 Berechnung ungefährer Strahlungsmuster

6 Berechnung von Strahlungsmustern bei mittlerer Frequenz

7 Berechnung von Strahlungsmustern unter Berücksichtigung des durch die Speisequelle erzeugten Schattens

8 Fehlerschätzung

9 Berechnung der Energieverluste

Berechnung der Parameter eines Koaxial-Wellenleiter-Übergangs.

Entwicklung des Designs der Hauptantennenkomponenten

Anpassen der Strahlungsmusterberechnungen

Wirtschaftsteil

1 Grundkonzepte

2 Berechnung der Kosten einer Spiegelantenne

3 Positiver Effekt

Abschnitt Sicherheit und Umweltfreundlichkeit

7.1 Merkmale der Arbeitsbedingungen eines Computerbetreibers

7.2 Farbe und Reflexionsgrad

3 Beleuchtung

4 Mikroklima-Parameter

5 Lärm und Vibration

6 Elektromagnetische und ionisierende Strahlung

7.7 Arbeitszeit

7.8 Gewährleistung der elektrischen Sicherheit

9 Berechnung der Beleuchtung

7.10 Berechnung des Geräuschpegels

Abschluss

Referenzliste

Einführung

In dieser Arbeit wird eine Einspeisung in Form des offenen Endes eines rechteckigen Wellenleiters für eine Einzelspiegelantenne mit vorgegebenen geometrischen Abmessungen des Spiegels und Frequenzbereichs entworfen. Die Hauptparameter der Antenne werden berechnet und bewertet, und das Design der Hauptkomponenten und Halterungen der entworfenen Einspeisung wird vorgeschlagen. Der Zweck der Arbeit besteht darin, die Möglichkeit zu untersuchen, die Richtungseigenschaften einer Einzelspiegel-Parabolantenne mithilfe der Methode der zusammengesetzten Amplitudenverteilung zu berechnen.

Eine Parabolantenne ist eine Aperturantenne. Aperturantennen sind Antennen, deren Strahlung durch eine als Apertur bezeichnete Öffnung erfolgt.

Aperturantennen werden hauptsächlich im Mikrowellenbereich eingesetzt. Die kurze Wellenlänge ermöglicht es, Antennen zu entwerfen, deren Abmessungen viel größer als die Wellenlänge sind. Folglich ist es möglich, hochgerichtete Antennen mit relativ kleinen Abmessungen zu erstellen. Darüber hinaus ist es möglich, Antennen mit einem Strahlungsdiagramm einer speziellen Form zu erstellen, die durch den speziellen Zweck der Antenne bestimmt wird.

Aperturantennen sind der Haupttyp der Radarantennen. Sie werden auch häufig in der Funknavigation, der Radioastronomie, in Funksteuerungssystemen für künstliche Erdsatelliten und Raumfahrzeuge, in troposphärischen und Richtfunkleitungen usw. eingesetzt.

Schauen wir uns Spiegelantennen genauer an. Spiegelantennen sind Antennen, bei denen das Feld in der Apertur durch die Reflexion einer elektromagnetischen Welle an der Metalloberfläche eines speziellen Reflektors (Spiegels) entsteht. Die Quelle der elektromagnetischen Welle ist normalerweise eine elektromagnetische Antenne, in diesem Fall Spiegelspeisung oder einfach Feed genannt. Der Spiegel und die Einspeisung sind die Hauptelemente einer Spiegelantenne. Die Oberfläche des Spiegels erhält eine Form, die die Bildung des gewünschten Strahlungsmusters gewährleistet. Am gebräuchlichsten sind Spiegel in Form eines Rotationsparaboloids, eines Parabolstumpfstumpfes, eines Parabolzylinders oder eines Zylinders mit speziellem Profil. Der Strahler wird im Brennpunkt eines Paraboloids oder entlang der Brennlinie eines zylindrischen Spiegels platziert. Dementsprechend muss der Strahler für ein Paraboloid punktförmig sein, für einen Zylinder muss er linear sein.

Eine vom Strahler emittierte elektromagnetische Welle erregt beim Erreichen der leitenden Oberfläche des Spiegels Ströme darauf, die ein sekundäres Feld erzeugen, das üblicherweise als reflektiertes Wellenfeld bezeichnet wird. Damit der Hauptteil der abgestrahlten elektromagnetischen Energie auf den Spiegel fällt, darf der Strahler nur in eine Halbkugel in Richtung des Spiegels strahlen und darf nicht in die andere Halbkugel strahlen. Solche Strahler werden als unidirektional bezeichnet. Eine punktförmige Speisequelle (z. B. ein Horn oder das offene Ende eines Wellenleiters), die sich im Brennpunkt des Paraboloids befindet, erzeugt eine sphärische Welle an der Oberfläche des Spiegels. Der Spiegel wandelt sie in eine ebene Welle um, das heißt, der divergierende Strahl wird in einen parallelen umgewandelt, wodurch ein scharfes Strahlungsmuster entsteht.

.Analyse technischer Spezifikationen

1.1Grundlegende geometrische Eigenschaften eines Rotationsparaboloids

Im Mikrowellenbereich haben sich Antenneneinrichtungen ähnlich optischen Reflektoren oder Strahlern durchgesetzt. Solche Antennen bestehen aus einer Primärwellenquelle und einem oder mehreren Spiegeln, die die Wellenfront dieser Quelle in eine vorgegebene, meist flache, umwandeln. Bevor mit der Betrachtung von Mikrowellenspiegelantennen fortgefahren wird, ist es ratsam, sich an die grundlegenden geometrischen Beziehungen zu erinnern, die für ein Rotationsparaboloid und einen parabolischen Zylinder gelten – die Oberflächen, auf deren Grundlage die meisten Spiegelantennen hergestellt werden.

Abbildung 1.1

Ordnen wir dem Rotationsparaboloid (Abbildung 1.1) ein rechtwinkliges Koordinatensystem mit dem Ursprung am Scheitelpunkt des Paraboloids (Punkt O) und der OZ-Achse in Kombination mit der Brennachse des Paraboloids (gerade Linie OF) und einer Polare zu Koordinatensystem mit dem Mittelpunkt im Fokus (Punkt F) und der Winkelreferenz ? vom direkten FO. Die Oberfläche eines Rotationsparaboloids in einem rechtwinkligen Koordinatensystem (X, Y, Z) wird durch die Gleichung beschrieben:

(1.1)

und im Polarsystem (S , ?) - Gleichung:

(1.2)

wobei f=OF die Brennweite des Paraboloids ist.

Die Apertur oder Apertur eines Paraboloids ist eine ebene Fläche, die durch den Rand des Paraboloids begrenzt wird.

Der Radius dieser Fläche Ro (siehe Abbildung 1.1) wird Öffnungsradius und der Winkel 2 genannt ?0- nennen wir den Öffnungswinkel ( ?0- der Winkel zwischen der Brennachse und der geraden Linie, die vom Brennpunkt zum Rand des Paraboloids gezogen wird. Für Öffnungsradius Ro und Öffnungswinkel 2 ?0Es gelten folgende Beziehungen:

(1.3)

(1.4)

(1.5)

Wenn der Öffnungswinkel 2 beträgt ?0dann heißt das entsprechende Paraboloid langfokal, wenn der Öffnungswinkel 2 beträgt ?0>?, dann - Kurzfokus. Für ein langfokales Paraboloid Ro<2f, а у короткофокусного - Ro>2f

Erinnern Sie sich daran, dass der Winkel zwischen dem im Winkel gezeichneten Radius? zur Brennachse und die Normale zur Oberfläche des Paraboloids an diesem Punkt ist gleich?/2. Die Fläche der Arbeitsfläche der Antenne hängt von der Größe der Apertur und dem Winkel der Lösung ab und kann durch die Formel bestimmt werden:

Wenn Sie eine Quelle einer Kugelwelle im Brennpunkt eines Paraboloids platzieren, wird seine Vorderseite nach der Reflexion dieser Welle vom Paraboloid flach.

Abbildung 1.2

Ein parabolischer Zylinder (Abbildung 1.2) ist eine Oberfläche, die durch die Gleichung beschrieben wird:

(1.7)

Der Abstand von der Brennlinie FF zur OY-Achse wird Brennweite genannt und mit f bezeichnet. Wenn eine gleichphasige lineare Quelle entlang der FF-Linie platziert wird, wird die Wellenfront der Welle nach der Reflexion am Parabolzylinder flach.

1.2Diagramm und Funktionsprinzip einer Parabolantenne

Das Diagramm einer Parabolantenne ist in Abbildung (1.3) dargestellt. Die Antenne besteht aus einem Metallspiegel in Form eines Rotationsparaboloids und einer im Fokus platzierten Einspeisung.

Abbildung 1.3

Lassen Sie uns zunächst auf das Funktionsprinzip optischer Parabolspiegel (Scheinwerfer) eingehen, die wie optische Linsen dazu dienen, die sphärische Front einer Quellwelle in eine flache Front umzuwandeln. Das Funktionsprinzip eines Parabolspiegels wird in beschrieben und liegt darin, dass divergente Strahlen, die von einer Quelle im Brennpunkt des Spiegels kommen, nach der Reflexion an seiner Oberfläche parallel werden.

Betrachten wir zwei beliebige Strahlen – 1 und 2, die von einer im Fokus befindlichen Quelle emittiert werden und auf einen Parabolspiegel fallen (Abbildung 1.3). Der am Punkt a einfallende Strahl 1 bildet einen Winkel mit der Achse, und Strahl 2, der auf Punkt b einfällt, bildet einen Winkel mit der Achse des Paraboloids. Gemäß den oben beschriebenen Eigenschaften des Paraboloids bilden die Strahlen 1 und 2 an den Punkten a und b Winkel mit der Normalen zur Oberfläche des Paraboloids Und jeweils. Da der Reflexionswinkel gleich dem Einfallswinkel ist, ist der Reflexionswinkel von Strahl 1 gleich , und der Reflexionswinkel von Strahl 2 ist gleich . Somit bildet der reflektierte Strahl 1 einen Winkel mit einfallendem Strahl 1 und daher parallel zur Achse des Paraboloids. Der reflektierte Strahl 2 bildet einen Winkel mit einfallendem Strahl 2 und ist auch parallel zur Achse des Paraboloids. Ebenso wird jeder Strahl, der von einer im Fokus platzierten Quelle ausgeht, nach der Reflexion am Paraboloid parallel zur Achse des Paraboloids.

Parallele Strahlen entsprechen einer flachen Wellenfront. Als reflektierende Oberflächen werden Metallspiegel verwendet, die eine nahezu vollständige Reflexion der auf sie einfallenden Strahlen ohne merkliche Verluste ermöglichen.

Das in ausführlich beschriebene Konzept der geometrischen Optik, nach dem jeder auf einen beliebigen Punkt des Paraboloids einfallende Strahl der Einspeisung einen bestimmten reflektierten Strahl erzeugt, ist für Radioparabolspiegel ungenau, da es gültig ist, wenn die Wellenlänge im Vergleich dazu verschwindend klein ist die Abmessungen des Spiegels und die Radien seiner Krümmung.

Die Funktionsweise einer Parabolantenne kann wie folgt beschrieben werden. Die vom Strahler auf den Spiegel gerichtete Energie erregt diesen, das heißt, sie erregt Ströme auf seiner Oberfläche. Jedes Element der Oberfläche eines Paraboloids, das von einem Strom umflossen wird, kann als Elementarquelle betrachtet werden, die über ein sehr breites Diagramm Energie abgibt.

Um ein schmales Strahlungsmuster zu erhalten, ist es notwendig, die Energie zwischen einer großen Anzahl von Elementarvibratoren zu verteilen, die so angeordnet und angeregt sind, dass ihre Felder in der gewünschten Richtung in Phase sind. In diesem Fall erfolgt die Energieverteilung durch den Strahler, und die Rolle von Elementarvibratoren übernehmen die Elemente der angeregten Oberfläche des Paraboloids, und die Verteilung der Ströme im Raum erfolgt in Richtung der Z-Achse Alle Elemente der Paraboloidoberfläche erzeugen Felder gleicher Phase.

1.3Richtungseigenschaften einer Parabolantenne

Das Strahlungsdiagramm einer Parabolantenne kann aus der Verteilung der Ströme auf der Oberfläche des Spiegels berechnet werden – die gängige Methode. Wenn man die Stromverteilung auf der Oberfläche des Spiegels kennt, ist es möglich, die Richtungseigenschaften einer Parabolantenne zu bestimmen. Dazu ist es notwendig, den Ausdruck für die Feldstärke, die von einem Element der Spiegeloberfläche erzeugt wird, über die gesamte Oberfläche des Spiegels zu integrieren und es als elementaren elektrischen Vibrator zu betrachten.

Die Berechnung des Antennenmusters mit dieser Methode liefert ziemlich genaue Ergebnisse innerhalb der Hauptkeule und der angrenzenden Nebenkeulen. Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode ist die relative Komplexität und Umständlichkeit der Berechnungen.

Betrachten wir die ebene Fläche der Öffnung als Abstrahlfläche. Wenn wir die auf die Außenfläche des Paraboloids fließenden Ströme vernachlässigen, können wir aus der Feldverteilung auf der Aperturfläche S die Feldstärke an jedem Punkt im Raum bestimmen. Um die Feldverteilung auf der Aperturfläche näherungsweise zu bestimmen, können wir verwenden die Methode der geometrischen Optik, nach der jeder auf den Oberflächenspiegel einfallende Strahl des Futters dem von dieser Oberfläche reflektierten Strahl entspricht. Befindet sich die Einspeisung im Fokus des Paraboloids, erweisen sich alle von der Antennenoberfläche reflektierten Strahlen als parallel (ebene Welle) und daher ist die Energiedichte auf dem Weg von der strahlenden Oberfläche des Paraboloids zur strahlenden Oberfläche nicht gleich ändern. Auf dem Weg vom Strahler zur Oberfläche des Paraboloids nimmt die Amplitude der Strahlen umgekehrt proportional zur Entfernung ab.

Wenn also eine Einspeisung mit einem Strahlungsmuster (?,?) im Fokus des Paraboloids platziert wird, dann wird die Verteilung des Feldes E(?,?) in der Antennenapertur nach der Methode der geometrischen Optik durch bestimmt die Gleichheit:

In Gleichung (1.8) werden konstante Faktoren weggelassen, die für die vorliegende Betrachtung nicht von Interesse sind. Das Öffnungsstrahlungsmuster mit der Verteilung (1.8) wird durch die Formel bestimmt:

Mit der Aperturmethode ist es möglich, die Richtungseigenschaften einer Antenne mit jeder noch so komplexen Apertur ganz einfach zu bestimmen. Diese Methode basiert auf denselben losen Annahmen wie die aktuelle Methode. Die nur für das Aperturverfahren charakteristische Annahme über die Strahlausbreitung des Feldes vom Antennenspiegel zur Apertur führt zu zusätzlichen Fehlern, die mit zunehmendem Spiegelöffnungswinkel zunehmen. Es ist auch zu beachten, dass die Aperturmethode keine Bestimmung der Polarisationseigenschaften des Antennenfeldes ermöglicht.

1.4Effizienz einer Parabolantenne. Optimaler Strahler

Betrachten wir die Öffnung des Paraboloids als strahlende Fläche. Wenn die Feldverteilung auf der Oberfläche gleichphasig und gleichmäßig ist, kann der Richtungskoeffizient der angeregten Oberfläche in Richtung der OZ-Achse durch die Formel bestimmt werden:

(1.10)

wobei S die Fläche der angeregten Oberfläche ist.

Die Feldverteilung in der Antennenapertur sei nun durch die Funktion E(M) spezifiziert, wobei M der aktuelle Punkt der Oberfläche sei. Bestimmen wir den Richtungskoeffizienten dieser Antenne in Richtung der Z-Achse. Das von der Antenne in dieser Richtung abgestrahlte Feld wird durch die Gleichung bestimmt:

(1.11)

wobei C eine Konstante ist, die alle Größen umfasst, die für diese Betrachtung nicht von Interesse sind; dS - Oberflächenelement. Für die erste Antenne, bei der die Feldverteilung in der Apertur gleichphasig und gleichmäßig ist, d. h. E(M)=Eo, wir haben:

(1.12)

Von einer Antenne abgestrahlte Leistung mit Feldverteilung in der Apertur E(M):

(1.13)

Für gleichphasige und gleichmäßige Verteilungen abgestrahlte Leistung:

(1.14)

Daher wird der Richtungskoeffizient der Antenne 2 durch den Ausdruck bestimmt:

(1.15)

Formel (1.15) lässt sich auf folgende Form reduzieren (wir lassen den Index „2“ weg):

(1.16)

(1.17)

wird als Aperturnutzungsfaktor der Antenne bezeichnet.

In vielen praktischen Fällen kann die Feldverteilung in der Antennenapertur als gleichphasig und achsensymmetrisch betrachtet werden. Sehr oft kann die Feldamplitude durch eine parabolische Verteilung mit einem Sockel angenähert werden:

E(R ) = 1 - ?(R/R0 )2 (1.18)

Am Rand der Öffnung E(R 0) = 1 - ?. Dieser Wert wird üblicherweise als Verteilungssockel bezeichnet.

Wenn wir (1.18) in (1.17) einsetzen, erhalten wir nach offensichtlichen Transformationen den Ausdruck für den Aperturnutzungsfaktor einer Antenne mit parabolischer Verteilung:

(1.19)

Abbildung (1.4) zeigt die Abhängigkeit des Koeffizienten k A berechnet nach Formel (1.19), aus dem relativen Feldpegel am Rand der Antenne 1 - ?. Insbesondere wenn die Feldpegelreduzierung am Antennenrand 10 dB beträgt, beträgt der Aperturkoeffizient ka - etwa 92 %.

1.5Faktoren, die zu einer Verringerung der Antennenrichtwirkung führen

Die im vorherigen Absatz durchgeführte Analyse der Effizienz einer Parabolantenne basierte auf einer Reihe vereinfachender Annahmen. Insbesondere wurde die absolute Genauigkeit der reflektierenden Oberfläche angenommen, die Abschattung eines Teils der Öffnung durch den Strahler wurde nicht berücksichtigt usw. Anschließend werden wir den Einfluss einiger dieser Faktoren auf die Eigenschaften der entworfenen Antenne betrachten.

Lassen Sie uns die wichtigsten auflisten:

Beschattung der Antennenöffnung

Störungen durch das Antennenfeld

Präzise Oberflächenbehandlung.

2. Berechnung der Antennenparameter

2.1Berechnung der geometrischen Abmessungen der Antenne

Die Apertur der untersuchten Antenne besteht aus zwei überlappenden Ebenen mit einem gemeinsamen Mittelpunkt. Folglich hat die Antenne zwei unterschiedliche Brennweiten und Öffnungswinkel, zu deren Berechnung der Durchmesser (D) und die Tiefe (H) der Öffnung in jeder Ebene gemessen werden müssen.

Abbildung 2.1

Berechnungsergebnisse:

D1 = 1,974 m;

D2 = 1,983 m;

H 1= H2 = 25,6 cm;

Um Brennweiten zu berechnen, führen wir ein kartesisches Koordinatensystem ein, wie in Abbildung (2.1) gezeigt, und verwenden die Oberflächengleichung
Paraboloid (1.1):

In diesem Fall entspricht der Durchmesser D der X-Koordinate und die Öffnungstiefe H der Z-Koordinate. Wenn wir die gemessenen Abmessungen in die Formel einsetzen, erhalten wir:

D2 = 16 f N (2,1);

f = D2 /(16 N);

f1 = 95,13 cm;

f2 = 96,003 cm;

Zur Berechnung der Öffnungswinkel verwenden wir Formel (1.5):

Abbildung 2.2. Nomogramm zur Ermittlung der Brennweite und des Öffnungswinkels der Antenne.

0 = 2? = 1100

2.2Berechnung der geometrischen Abmessungen des Strahlers

Gemäß den Spezifikationen muss die Einspeisung in Form des offenen Endes eines rechteckigen Hohlleiters erfolgen. Wir berechnen die Abmessungen basierend auf der Bedingung der Existenz einer Welle des Haupttyps in einem rechteckigen Wellenleiter H 10im gesamten in der Aufgabe spezifizierten Frequenzbereich (484-750 MHz).

Als kritische Frequenz empfiehlt es sich, die Frequenz f anzunehmen cr = 400 MHz und führen Sie dementsprechend die notwendigen Berechnungen durch.

Abbildung 2.3

Es ist bekannt, dass für einen rechteckigen Wellenleiter (Abbildung 2.3) mit dem Hauptwellentyp die Abmessungen der breiten Wand (a) die Bedingung erfüllen müssen:

A< ?V < а (2.3)

?cr - kritische Wellenlänge.

Definieren wir ?kr nach der Formel:

(2.4)

Sei 1.8a = ?cr , was die Bedingung (2.3) erfüllt. Wir bekommen:

a = ? cr /1.8;

Die Abmessungen der Schmalwand des Wellenleiters (b) werden üblicherweise nach der Bedingung gewählt:

Die Länge des Wellenleiters - L wird so bestimmt, dass bei der minimalen Frequenz der Reichweite eins liegt ?V . Lassen Sie uns die notwendigen Berechnungen durchführen:

Die Wellenlänge im Wellenleiter wird durch die bekannte Formel bestimmt

(2.5)

Von hier aus erhalten wir:

In max = 1,1 m;

In unserem Fall ist keine strikte Gleichheit erforderlich? im max = L;

Um L auszuwählen, verwenden wir die Näherungsformel

L= ?0 max + (?im max /4) (2.6)

Vorbehaltlich der erforderlichen Designtoleranzen ist das Endergebnis:

2.3Berechnung des Strahlungsmusters des Futters

Im Zentimeterwellenbereich werden oft offene Wellenleiter als schwach gerichtete Antennen eingesetzt. Solche Antennen werden als Zuleitungen für Spiegel- oder Linsenantennen sowie als unabhängige Sender verwendet.

In der Praxis werden Hohlleiterstrahler mit rundem, rechteckigem und elliptischem Querschnitt verwendet. Typischerweise wird der Hohlleiterquerschnitt so gewählt, dass das Auftreten höherer Wellentypen vermieden wird. Die Querschnittsabmessungen des Rechteckhohlleiters werden im Rahmen der vorgegebenen Grenzen gewählt 0,5?<A < ?,B <0,5?; In diesem Fall kann sich nur der Hauptwellentyp im Wellenleiter ausbreiten – H 10. Ein wesentlicher Vorteil ist die Gleichmäßigkeit der Polarisation dieser Welle über den gesamten Querschnitt des Wellenleiters. In einigen Fällen können zur Verbesserung der Richteigenschaften und insbesondere zur Verengung des Strahlungsmusters rechteckige Wellenleiter mit vergrößertem Querschnitt verwendet werden; In diesem Fall ist die Ausbreitung mehrerer Wellentypen im Wellenleiter möglich. Dies erfordert manchmal besondere Maßnahmen zur Unterdrückung höherer Wellenarten.

Bei der Analyse der Richtungseigenschaften eines Wellenleiters mit offenem Ende wird der Einfachheit halber normalerweise davon ausgegangen, dass das Feld am offenen Ende des Wellenleiters das gleiche bleibt wie in einem Wellenleiter mit unendlicher Länge und dass auf der Außenfläche keine Ströme auftreten des Wellenleiters. Diese Annahme erleichtert die Bestimmung der Richtungseigenschaften eines Wellenleiters mit offenem Ende. Dann lautet die Formel zur Bestimmung des Strahlungsmusters:

Zur Berechnung des DP verwenden wir Formeln, die hinsichtlich des Approximationsgrads die Aufgabe erfüllen:

(2.7)

(2.8)

Indem wir die berechneten Wandabmessungen ersetzen, erhalten wir Formeln zur Berechnung des Wellenleitermusters bei der Durchschnittsfrequenz (f Heiraten = 602 MHz, ?sr = 0,498 m):

Berechnete F-Werte (?) Präsentieren Sie es in Form einer Tabelle

Tabelle 2.1.

011200.940.9400.780.66600.590.44800.440.29900.370.231000.290.191200.2050.151400.110.091600.0350.03318000

Um genauere Ergebnisse zu erhalten, erstellen wir Strahlungsmuster mit dem Advanced Grapher-Programm.

Abbildung 2.4. Strahlungsmuster des offenen Endes eines rechteckigen Wellenleiters mit den Maßen 0,42 m x 0,21 m in der E- und H-Ebene.

Lassen Sie uns die Breite des Strahlungsmusters abschätzen ??0in beiden Ebenen (die Musterbreite wird auf halbem Leistungsniveau bestimmt, d. h. bei F(? ) = 0.707).

Abbildung 2.5. Schätzung der Strahlbreite ??0in beiden Ebenen auf halber Leistungsstufe.

Gemäß den erstellten Diagrammen erhalten wir:

??°E = 97,2°

??°N = 72°

Berechnen wir genauere Werte der BP-Breite anhand des Nomogramms aus Abbildung (2.6).

Abbildung 2.6. Nomogramm „Strahlung vom offenen Ende eines rechteckigen Wellenleiters“.

2.4Berechnung der Antennenamplitudenverteilung

parabolische Antennenspiegelstrahlung

Um die Amplitudenverteilung zu berechnen, verwenden wir die theoretischen Prämissen von Absatz (1.3) und insbesondere die Formel (1.9), die es uns ermöglicht, die Antenne anhand der verfügbaren Strahlungsmuster der Einspeisung zu finden. Schreiben wir die Formel (1.9) unter Berücksichtigung der bereits gefundenen Abmessungen der Speisequelle und Wellenlänge auf (die Berechnung erfolgt wie in den vorherigen Absätzen bei der mittleren Frequenz des Bereichs):

(2.9)

Wie in den vorherigen Berechnungen müssen wir die Antennenöffnung als zwei Ebenen betrachten, in diesem Fall jedoch aufgrund kleiner Unterschiede in den Öffnungswinkeln ? und dementsprechend kleine Unterschiede in der Amplitudenverteilung dieser Ebenen, ist es bequemer, sie mit einem bestimmten durchschnittlichen AR anzunähern. Wir führen Berechnungen innerhalb des durchschnittlichen Öffnungswinkels durch ( ?Heiraten =54,725°=0,304?), d.h.

Lassen Sie uns die berechneten Werte in Form einer Tabelle darstellen.

Tabelle 2.2.

, 0.3040.480.350.270.5830.4580.240.6550.5330.210.720.6170.180.7890.7080.150.8480.7820.120.8950.8510.090.9410.920.060.9820.9570.030.9980.988011Lassen Sie uns die resultierende Verteilung mit dem Advanced Grapher-Programm grafisch darstellen

Abbildung 2.7. Amplitudenverteilung der Antenne.

2.5Berechnung ungefährer Strahlungsmuster

Die Berechnung ungefährer Antennenstrahlungsmuster ist in unserem Fall ein komplexes theoretisches Problem. Für die Berechnung verwenden wir das Programm KRUG (entwickelt von B.D. Sitnyansky, VlSU, Abteilung für RT und PC), dessen Beschreibung und theoretische Grundlage im Folgenden dargestellt werden.

Das KRUG-Programm dient zur Berechnung der Strahlungsmuster kreisförmiger gleichphasiger Aperturen mit einer Amplitudenverteilung (AP), die von der Mitte der Antennenebene zu den Rändern hin monoton abnimmt. Die Berechnungen in diesem Programm werden im Rahmen der Aperturtheorie durchgeführt.

Die Bestimmung des Musters von Parabolantennen erfordert die Berechnung des Integrals über die gekrümmte Oberfläche des durch elektrische Ströme angeregten Spiegels (Strommethode) oder des Integrals über die flache Oberfläche des Ausgangslochs des Spiegels – der Apertur (Aperturmethode). Die Aperturmethode ist viel einfacher zu implementieren und bietet häufig eine für technische Berechnungen ausreichende Genauigkeit. Seine Einfachheit beruht auf der Tatsache, dass die äquivalenten elektrischen und magnetischen Ströme in der Apertur in Phase sind und nur die AR-Funktion unter dem Integral verbleibt.

Für runde und rechteckige Aperturen gibt es ARs, bei denen die Integration zu bekannten Funktionen führt und die Berechnung des Musters stark vereinfacht wird. Diese APs werden Partial APs (PARs) genannt. Sie entsprechen Teil-DNs. Die Grundlage des KRUG-Programms ist der Satz:

Wenn normalisierter AP(g) als lineare Kombination normalisierter partieller AP(g) dargestellt wird ich ) mit seinen Gewichten (S ich ), dann ist DN(F(?)) eine lineare Kombination des entsprechenden normalisierten PAR(F ich (?)) mit den gleichen Gewichten multipliziert mit den Parametern der Teil-ARs (Mi ).

Wenn, dann

(2.10)

In der folgenden Tabelle geben wir die wichtigsten Teilverteilungen und ihre Parameter an.

Tabelle 2.3.

ARM=S KIP=1 N=SM=0,5S KIP=0,75 N=(1/3)SM=(1/3)S KIP=0,56 N=(1/5)SDN UBL = -17,6 dB UBL = -24,6 dB UBL = -30,6 dB

ARM=(1/4)S KIP=0,44 N=(1/7)SM=(1/3)S KIP=0,67 N=(1/6)SDN UBL = -36 dB UBL = -33,6 dB

Normalisierte partielle DNs werden durch Bessel-Funktionen der ersten Art erster Ordnung J ausgedrückt N (u) und eine Kombination aus Bessel- und Struve-Funktionen nullter und erster Ordnung H N (u). Das verallgemeinerte Argument u ist gleich der halben elektrischen Größe der Antenne multipliziert mit dem Sinus des Betrachtungswinkels:

(2.11)

Die in der Tabelle dargestellten partiellen ARs ermöglichen eine ziemlich genaue Annäherung an die tatsächlich in der Antenne vorhandene Amplitudenverteilung.

Die in der Aufgabenstellung angegebene Antenne weist, wie bereits in Absatz (2.1) erwähnt, in ihrer Apertur zwei überlappende Ebenen mit unterschiedlichen Durchmessern und gleicher Aperturtiefe auf. Daher wird die Berechnungsmethode wie folgt gewählt:

)Mit dem KRUG-Programm berechnen wir die Muster bei der Durchschnittsfrequenz (602 MHz) für jede Ebene separat, unter der Annahme, dass die Verteilung achsensymmetrisch ist.

)Nachdem wir die durchschnittliche Brennweite und den entsprechenden Durchmesser der Öffnungsebene berechnet haben, berechnen wir das durchschnittliche Strahlungsmuster bei derselben Frequenz.

)Berechnen wir das Muster unter Berücksichtigung des vom Strahler erzeugten Schattens.

)Lassen Sie uns den Grad des Fehlers abschätzen, der dadurch verursacht wird, dass sich der Strahler aus dem Fokus bewegt.

2.6Berechnung von Strahlungsmustern bei mittlerer Frequenz

Die Ausgangsdaten für das Programm sind: die ausgewählte Wellenlänge, die in Absatz (2.4) erhaltene normalisierte Amplitudenverteilung (G1) und der Durchmesser der Öffnungsebene (D).

Berechnen wir die durchschnittliche Wellenlänge ? mithilfe der Formel (2.4). Heiraten :

Heiraten = C/f Heiraten

Heiraten = 0,498 m

Die Normalisierung von AR (GI) erfolgt relativ zum Durchmesser der Ebene (GI-Werte werden bei R = 0,1D, 0,2D, 0,3D, 0,4D, 0,5D in das Programm eingegeben).

In der folgenden Tabelle notieren wir die Ausgangsdaten, die anhand der Diagramme in Absatz (2.4) berechnet wurden.

Tabelle 2.4.

Flugzeug 1 mPlane 2 mPlane EPlane HPlane EPlane H , mGI , mGI ,mGI , mGI0.1970.96920.1970.9550.1980.9690.1980.950.3950.88270.3950.8320.3970.8820.3970.830.5920.75870.5920.6780.5950.7570.5950.6 80.7850.6210.7850.5020.7930.6160.7930.50.9870.480.9870.3540.9920.4770.9920.35

Unsere Aufgabe besteht darin, die empfangenen Daten einzugeben und Gewichte auszuwählen (S ich ) fünf partielle ARs, die sich der von uns in Absatz (2.4) berechneten Amplitudenverteilung annähern. Um zusammenfassende Tabellen der berechneten Werte zu erstellen, führen wir sofort die Berechnung für Dcp durch .

Die Berechnung des gemittelten Musters erfolgt für die durchschnittliche Brennweite, die einer bestimmten durchschnittlichen Öffnungsebene mit Durchmesser Dcp entspricht :

fcp = 85,58 cm,

Folgende Formel (2.1): DCP = 197,9 cm.

Tabelle 2.5.

Flugzeug 1 mPlane EPlane H G.I. GI0.19750.9690.19750.95250.39550.8820.39550.8310.59260.75750.59260.6790.7870.6180.7870.5010.9860.4780.9860.352

Lassen Sie uns die programmatisch berechneten Ergebnisse in Form einer zusammenfassenden Wertetabelle präsentieren.

Tabelle 2.6.

M M mPlane EPlane HPlane EPlane HPlane EPlane H 0.5 0.4 .2 0.5 0.35 .1 .10.5 .02 0.4 .1 5,82 KIP=0,96 KND=149 UBL=0,08 -dB=22 6,2 KIP=0,93 KND=144 UBL=0,06 -dB=24,3 5,75 KIP=0,96 KND=150 UBL=0,08 -dB=22 6,38 KIP=0,91 KND=143 UBL=0,06 -dB=24,7 5,78 KIP=0,96 KND=150 UBL=0,08 -dB=22 6,17 KIP=0,93 KND=145 UBL=0,06 -dB=24,1

Lassen Sie uns auch eine Tabelle mit programmgesteuert erhaltenen Werten erstellen, die zum Zeichnen von Diagrammen von Antennenstrahlungsmustern in den drei von uns betrachteten Fällen erforderlich sind.

Tabelle 2.7.

M M M M M m01111111.50.98820.98870.98810.98880.98810.988630.95330.95530.95290.95590.9530.95514.50.89720.90160.89630.9030.89670.901260 .8230.830140.83040.83270.8220.82977.50.73430.74520.73190.74850.73280.744190.63550.65010.63240.65460.63360.648810.50.53140.549 70.52760.55520.5290.548120.42670.44830 . 42230.45480.42390.446313.50.32580.35010.32080.35730.32260.3479150.22950.2560.22420.26380.2260.253616.50.14720.17480.14170 .1 8270.14350.1722180.07690.10480.07150.11260.07310.102219.05 2650.000422.5- 0.0525-0.02-0.0569-0.0233-0.056-0.031224-0.0698- 0,049 -0,0737-0,0445-0,0731-0,051225,5-0,0766-0,0589-0,0799-0,0556-0,0759-0. 060827-0,0746-0,0603-0,0773-0,0583-0,0773-0,06228. 5- 0,0661-0,0551-0,0683-0,0544-0,0684-0,056730 -0,0531-0,0454-0,0548-0,0459-0,0551-0,046831,5-0,0376-0,0329-0,0389-0,0345-0,0 393-0,034233-0,0213-0,0193-0,0223-0,0218-0,02 28- 0,020534,5-0,0056-0,0059-0,0064-0,0092- 0.0069-0.007360.00840.00630.00770.00250.00730.005337.50.020.01650.01940.01250.01910. 0156390.02880.02440.02820.02020.0280.0 23540.50.03470.02890.0340.02570.0340.0289420.03770.03270.0370.02880.03710.031943.50.038 10. 03330.03740.02980.03760.0325450.0 3640.0320.03570.02890.0360.031346.50 .0330.02920.03220.02660.03260.0285480.02830.02510.0275 0.02310.02790.024549.50.02280.02040.0220.01890.02250.0198510.01680.0 1520.01610.01430.01670.0147

Lassen Sie uns die resultierenden Verteilungen grafisch darstellen.

Abbildung 2.8. Antennenstrahlungsmuster für den Fall D=1,974 m.

Abbildung 2.9. Antennenstrahlungsmuster für den Fall D=1,983 m.

Abbildung 2.10. Antennenstrahlungsmuster für den Fall D=1,979 m.

7Berechnung von Strahlungsmustern unter Berücksichtigung des durch die Speisequelle erzeugten Schattens

Das KRUG-Programm ermöglicht auch die Berechnung des Antennendiagramms unter Berücksichtigung des runden Schattens, der durch die Einspeisung entsteht. In unserem Fall muss der Schatten eines rechteckigen Strahlers durch einen um seinen Querschnitt umschriebenen Kreis angenähert werden, wie in Abbildung (2.11) dargestellt.

Abbildung 2.11

Berechnete Werte:

Tabelle 2.8.

Flugzeug EPlane H KIP=0,91 KND=141 UBL=0,15 -dB=16,3 KIP=0,88 KND=138 UBL=0,14 -dB=16,9 Tabelle 2.9.

M m0111.50.98710.987630.94920.9514.50.88830.892260.80760.81427.50.71130.72190.60420.617210.50.49150.5076120.37820.397113.50.2 0.134625 .5-0,154-0,142927-0,1494-0,141928,5-0,1377-0,133630-0,1252-0,125131,5-0,1083-0,108133-0,0838-0,085134,5-0,0611-0,06 6136-0. 0417-0,043937,5-0,0229-0,026939-0,012- 0,014740,5-0,004-0,0092420,0006-0,007543,50,0009-0,0051450,0012-0,003446,50,0004-0,004148-0,0031-0,005749,5-0,0075-0,008351 -0,0097-0,013

Lassen Sie uns Diagramme der erhaltenen Funktionen erstellen:

Abbildung 2.12. Durchschnittliche Antennenstrahlungsmuster in der E-Ebene ohne und mit Schatten.

Abbildung 2.13. Durchschnittliche Antennenstrahlungsmuster in der H-Ebene ohne Berücksichtigung und Berücksichtigung des Schattens.

2.8Fehlerschätzung

Wie wir aus den vorherigen Absätzen ersehen können, erweisen sich die Fehler beim Verschieben des Strahlers in beiden Ebenen aufgrund des geringfügigen Unterschieds in den Brennweiten als unbedeutend. Daher haben wir die gemittelten Muster erstellt und die Antennenparameter mit dem KRUG-Programm für D berechnet vgl , kann zu diesem Zeitpunkt mit einem zufriedenstellenden Näherungsgrad als korrekt angesehen werden.

2.9Berechnung der Energieverluste

Die Ebene des Antennenspiegels wird in der Aufgabe angegeben, um dies zu erleichtern
Die Struktur besteht nicht nur aus einem massiven Metallblech, sondern besteht auch aus einem Netz aus Hohlrohren mit einem Durchmesser von 16 mm. Um die Funktion eines solchen Spiegels zu charakterisieren, wird der Transmissionskoeffizient T verwendet, der als Verhältnis der Energie der hinter dem Spiegel übertragenen Welle zur Energie der einfallenden Welle definiert ist.

(In einigen Quellen wird dieser Wert als Energieleckage bezeichnet und mit dem Buchstaben ? bezeichnet).

Es ist zu beachten, dass die Intensität des Feldes der hinter dem Spiegel verlaufenden Welle bei einem Rotationsparaboloid umgekehrt proportional zum ersten Grad des Verhältnisses (Spiegeldurchmesser/Wellenlänge) und bei einem parabolischen Zylinder umgekehrt proportional zum zweiten Grad ist. Daher hat ein parabolischer Zylinder bei gleichen Öffnungsabmessungen einen deutlich höheren Übertragungskoeffizienten als ein Rotationsparaboloid. Bei Rotationsparaboloiden ist die Strahlung im hinteren Halbraum schwach gerichtet, bei parabolischen Zylindern dagegen gerichtet.

Zur Bestimmung ? Es ist notwendig, die Durchmesser (d) der Rohre und den Abstand zwischen ihnen (t) zu messen. Durch die Messung dieser Größen können wir den Wert bestimmen ? unter Verwendung des Nomogramms aus Abbildung (2.14). Nachfolgend finden Sie die Messwerte und das Nomogramm.

0.004

24dB

Abbildung 2.14. Nomogramm „Berechnung der Energieverluste“.

3. Berechnung der Parameter des Koaxial-Wellenleiter-Übergangs

Um den CVP zu berechnen, betrachten wir zunächst mehrere theoretische Probleme der Feldanregung in einem Wellenleiter.

Zur Vereinfachung der Berechnungen gehen wir davon aus, dass der Innenleiter des Koaxialkabels, der das elektromagnetische Feld im Resonator anregt, ein elementarer elektrischer Emitter (EER) ist.

Lassen Sie uns Formeln für die Anregungskoeffizienten ableiten und Ausdrücke für die komplexen Amplituden des erzwungenen elektromagnetischen Feldes einer Welle vom Typ H schreiben 10, angeregt in einem rechteckigen Wellenleiter durch einen elementaren elektrischen Emitter mit dem Strom I 0. Der Emitter hat eine Länge l D und ist entlang der y-Achse gerichtet (Abbildung 3.1). Der Hohlleiter ist mit Luft gefüllt.

Abbildung 3.1

Da die Anregung nur durch elektrischen Strom erfolgt, schreiben wir die Formel für die Anregungskoeffizienten einer Welle vom Typ H10 als:

Freifeldwelle Typ H Schreiben wir 10 in der Form:

(3.1)

(3.2)

Wellennorm vom Typ H10 :

Mit den Ausdrücken (3.1) (3.2) erhalten wir:

Elementarstrahler an einem Punkt mit den Koordinaten x=x 1und z=z 1gekennzeichnet durch volumetrische Stromdichte:

Die Eigenschaften nutzen ?-Funktionen erhalten wir:

(3.3)

Unter Verwendung von (3.1) (3.2) (3.3) schreiben wir Ausdrücke für die komplexen Amplituden der stimulierten EMF-Welle vom Typ H 10. In diesem Fall interessiert uns nur das Feld im vorderen Halbraum des Wellenleiters, d. h. für z>z1

Als nächstes betrachten wir die Lösung desselben Problems, vorausgesetzt, dass der Wellenleiter auf einer Seite durch eine leitende Ebene kurzgeschlossen ist (halbinfinites Wellenleiter). Nach dem Spiegelbildprinzip entspricht das ursprüngliche System dem in Abbildung (3.2b) dargestellten.

Abbildung 3.2(a)

Abbildung 3.2 (b)

Die EMF im Wellenleiter bei z>0 ergibt sich als Summe der Felder realer und fiktiver Quellen. Der Anregungskoeffizient einer realen Quellwelle wird aus dem Ausdruck bestimmt:

Wellenanregungskoeffizient aus einer fiktiven Quelle:

Resultierender Wellenkoeffizient vom Typ H 10ergibt sich als Summe der Koeffizienten realer und fiktiver Quellen. Als Ergebnis der getroffenen Annahmen werden wir die komplexen Amplituden der Komponenten der stimulierten EMF-Welle H10 ermitteln :

Als nächstes bestimmen wir die Leistung und den Widerstand der EI-Strahlung, die die H-Welle anregt 10im oben besprochenen Wellenleiter. Lassen Sie uns bestimmen, bei welchen Werten von x 1und z 1Die von der Quelle an den Wellenleiter gelieferte Leistung ist maximal.

Die Strahlungsleistung entspricht dem durchschnittlichen Leistungsfluss der Welle H 10durch den Querschnitt des Wellenleiters:

Die komplexen Amplituden der Zwangsfeldkomponenten für ein gegebenes System werden durch den Ausdruck bestimmt:

Wenn wir hier die gefundenen Werte der komplexen Amplituden der erzwungenen EMF einsetzen, erhalten wir:

Seit damals

Größe Maximum bei x 1=a/2 und z 1= (2k+1) ?H10 /4 (k=0,1,2,....). Daher wird bei der Berechnung der Designparameter des Wellenleiters die Position des KVP in einem Abstand von 0,25 m von der Kurzschlusswand des Wellenleiters und in einem Abstand von 0,5a = 21 cm von der schmalen Wand des Wellenleiters gewählt .

Die Strahlungsbeständigkeit lässt sich aus der Beschaffenheit ermitteln

Nach der oben erhaltenen Formel erstellen wir Diagramme der folgenden Abhängigkeiten.

Abbildung 3.3. Abhängigkeit des Strahlungswiderstands in einem gegebenen Bereich für die berechneten Abmessungen des Wellenleiters von der Wellenlänge im freien Raum. (Es wird angenommen, dass l D gleich der Hälfte b).

Abbildung 3.4. Abhängigkeit des Widerstands bei mittlerer Frequenz von der Länge des den Resonator erregenden Leiters.

4. Entwicklung des Designs der Hauptantennenkomponenten

Lassen Sie uns als Ergebnis der obigen Berechnungen ein Wellenleiterdesign vorschlagen. Die Abbildungen (4.1) und (4.2) zeigen eine Variante des Aufbaus des Wellenleiters.

Abbildung 4.1. Wellenleiterquerschnitt.

Abbildung 4.2. Aussehen des Wellenleiters.

Die Installation des Wellenleiters im Fokus wird durch den in den Abbildungen (4.3) und (4.4) gezeigten Halter sichergestellt. Um die Erstkalibrierung der Antenne und die Möglichkeit ihres weiteren Betriebs zu gewährleisten, muss sich der Hohlleiter in kleinen Grenzen entlang der Strahlungsachse bewegen können (dies ist für eine möglichst genaue Ausrichtung des Hohlleiters im Fokus erforderlich und ermöglicht dies auch). um das Antennenmuster zu steuern). Zu diesem Zweck sieht das Design des Wellenleiters Führungen mit Löchern mit entsprechenden Durchmessern vor, und das Design des Halters umfasst dementsprechend Führungsnuten mit Schlitzen, die in ihre breiten Wände geschnitten sind. Der Wellenleiter wird mit Befestigungsschrauben befestigt.

Abbildung 4.3. Querschnitt eines Wellenleiterhalters.

Abbildung 4.4. Design des Wellenleiterhalters.

Um die Erstkalibrierung des Illuminators separat sicherzustellen
Der in Abbildung (4.5) dargestellte Kurzschlusskolben wird ausgeführt. Nach Abschluss der Kalibrierung wird der Kolben fixiert.

Abbildung 4.5. Kurzschließender Hohlleiterkolben.

5.Anpassen der Strahlungsmusterberechnungen

Im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Design des Wellenleiterhalters, dessen Abmessungen größer sind als die Öffnung des Wellenleiters (die Befestigung des Halters am Fokus wird durch eine quadratische Metallplatte mit einer Seitenlänge von 52 cm gewährleistet (Abbildung 5.1)), ist dies erforderlich um das Antennenmuster unter Berücksichtigung des von der Platte erzeugten runden Schattens neu zu berechnen. Alle Berechnungen werden gemäß der in Absatz (2.7) vorgeschlagenen Methodik durchgeführt.

Abbildung 5.1

Berechnete Werte:

Tabelle 5.1

Flugzeug EPlane H KIP=0,84 KND=130 UBL=0,22 -dB=13 KIP=0,79 KND=126 UBL=0,19 -dB=14,2 Lassen Sie uns Diagramme der erhaltenen Funktionen erstellen:

Abbildung 5.2. Antennenmuster unter Berücksichtigung des durch Einspeisung und Halter erzeugten Schattens in Ebene E.

Abbildung 5.3. Antennendiagramm unter Berücksichtigung des durch Einspeisung und Halter erzeugten Schattens in der H-Ebene.

6.Wirtschaftsteil

1Grundlegendes Konzept

Bei der Berechnung der Wirtschaftlichkeit ist es zunächst notwendig, das Wesen solcher Kategorien klar zu verstehen wirtschaftlicher Effekt Und Wirtschaftlichkeit.

Der wirtschaftliche Effekt ist das erzielte (oder erwartete) Ergebnis der Nutzung bestimmter Ressourcen (Anlagevermögen, Arbeitsressourcen usw.), berechnet in Geldbeträgen.

Wirtschaftlichkeit ist das Verhältnis der wirtschaftlichen Wirkung zu den mit ihrer Erzielung verbundenen Kosten.

Basierend auf dem Wesen der Wirtschaftlichkeit ist es zu ihrer Berechnung erforderlich, erstens die Höhe der Kosten zu bestimmen (zu berechnen), die zur Erreichung des Ziels anfallen sollten, und zweitens die Höhe des wirtschaftlichen Effekts, der in der Praxis erzielt wird aus der Umsetzung der erzielten Ergebnisse.

Die Gesamtkosten setzen sich aus mehreren Teilen zusammen: laufenden, einmaligen, Betriebs- und Nebenkosten.

Laufende Kosten sind Kosten, die direkt mit der Herstellung von Produkten verbunden sind, die mit den zu entwickelnden Arbeitsmitteln oder deren Analoga hergestellt werden.

Einmalige Kosten sind Kapitalkosten im Zusammenhang mit der Anschaffung von Arbeitsmitteln (Geräte, Ausrüstung, Werkzeuge usw.) und der Erhöhung des Betriebskapitals.

Unter Betriebskosten versteht man die Kosten, die beim Betrieb der neu zu entwickelnden Geräte anfallen (Stromkosten, Lohnkosten etc.).

Begleitkosten sind Mittel, die in andere Unternehmen investiert werden müssen, um die neue Technologie, die entwickelt wird, implementieren zu können.

Der wirtschaftliche Effekt wird als Summe aller wertmäßig positiven Faktoren berechnet, die durch die Neuentwicklung verursacht werden (Reduzierung der Arbeitsintensität, -anzahl, der Material- und Stromkosten, der Verbesserung der Produktqualität usw.).

Ein klassisches Diagramm des Entwicklungsprozesses für Antennengeräte ist in Abbildung 6.1 dargestellt. Der Entwurf beginnt mit einer Analyse der technischen Anforderungen und der Auswahl einer ersten Schaltungskonfiguration.

Abbildung 6.1. Schema des Antennenforschungsprozesses.

Die Ausgangskonfiguration wird auf Basis der verfügbaren Eingabedaten und bisheriger Erfahrungen ausgewählt. Mithilfe von Analyse- und Syntheseverfahren werden verschiedene Parameter dieses Schaltkreises ermittelt. Anschließend wird ein vorläufiger Laborprototyp entwickelt und seine Leistung gemessen. Die gemessenen Kennwerte werden mit den vorgegebenen technischen Anforderungen verglichen; Wenn die angegebenen Anforderungen nicht erfüllt sind, wird das Layout geändert. Die Nacharbeit kann das Anpassen und Anpassen des Layouts umfassen. Anschließend werden erneut Messungen durchgeführt, deren Ergebnisse mit den vorgegebenen Anforderungen verglichen werden. Der sequentielle Prozess der Verfeinerung, Messung und des Vergleichs der Ergebnisse mit den festgelegten Anforderungen wird wiederholt, bis die gewünschten Ergebnisse erreicht sind. Die endgültige Konfiguration wird bei der Herstellung eines Prototyps reproduziert.

6.2Berechnung der Kosten einer Spiegelantenne

Für eine umfassende Beurteilung des entstehenden Gerätes ist es notwendig, nicht nur die technische, sondern auch die wirtschaftliche Seite der durchgeführten Entwicklung zu berücksichtigen. Die wirtschaftliche Analyse ermöglicht es, aus mehreren zu entwickelnden Designs die effektivste Option auszuwählen, da sie neben der Bewertung der technischen Eigenschaften des Geräts auch die Bewertung seiner Rentabilität umfasst, die möglicherweise der entscheidende Faktor für die Machbarkeit der Erstellung eines Geräts ist neues Produkt oder die Entwicklung einer neuen Technik.

Einer der wirtschaftlichen Indikatoren eines Produkts ist sein Großhandelspreis, der nach der Erstellung einer Plankostenkalkulation ermittelt wird.

Der erste Kalkulationsposten sind die Kosten für Rohstoffe und Grundstoffe, die durch Direktrechnung aus Arbeitszeichnungen unter Berücksichtigung des technologischen Prozesses ermittelt werden. Die Berechnungsergebnisse für unser Gerät sind in Tabelle 6.1 dargestellt.

Tabelle 6.1

MaterialMaterialqualitätEinheit. Einheit Nachfrage pro Einheit Großhandelspreis, Rubel Menge, Rubel Aluminiumrohr AD1 Kreis 16 mm.p.m. 65251625 Stahlwinkel St3ps, sp 25mm*4mmmp.m.441164 Stahlwinkel St3ps, sp 40mm*4mmmp.m.569.3346.5 Stahlblech09g2s t 80 mm 0.043070122.8 Stahlblech 09g2s t 40 mm 0,273255878,85 Stahlschweißdraht SV08G2S Kreis 1 mm. kg. 0,929.926,91 Bronzeschweißdraht BRAZHN 10-4-4 Kreis 1 mm. kg. 0,8410328 Lot POS-61 2 mm Drähte 242,585 Gesamt 3577,06

Der zweite Posten, die Kosten für Hilfsstoffe, wird analog zum ersten berechnet, die Berechnungsergebnisse sind in Tabelle 6.2 dargestellt.

Tabelle 6.2

MaterialMaterialqualitätEinheit. Veränderung Nachfrage pro Einheit Großhandelspreis Rubel Menge, Rubel Gas Argonl. 1,23036 Flux FTSl. 0,1141345,43 Gesamt 81,43

Kosten gemäß Artikel 3 – Komponenten und Halbzeuge – gelten als direkte Rechnung gemäß Arbeitszeichnungen. Die Berechnung ist in Tabelle 6.3 angegeben.

Tabelle 6.3

Komponenten-Markeneinheit. Einheit Nachfrage pro Einheit Großhandelspreis, Rubel Menge, Rubel Rechteckiger Hohlleiter L96 40 mm * 20 mm * 800 mm Stk. 112501250 Rechteckiger Hohlleiterhalter L96 45 mm * 25 mm * 400 mm Stk. 1380380 Koaxialkabel RK 75-7-11 m. 227.555 Verbinder SR 75 Stk. 15252 Bolzen Bolzen M8 x 60 DIN 933 Stk. 10220 Mutter M8 Mutter DIN 934 Stk. 61.69.6 Mutter mit Pressscheibe Mutter M8 DIN 6923 Stk. 428 Gesamt 1781,8

Berechnen wir den Grundlohn der Arbeitnehmer gemäß Tabelle 6.4.

Tabelle 6.4

Name Menge pro Produkt Stück Name der technischen Vorgänge Zeitlimit min. Satz Stundentarif Gehaltsbetrag, Rubel Spiegelantenne 1 Argon-Lichtbogenschweißen auf Aluminium 70365.1576.01 Lackierung 50250.9942.49 Montage 45470.4652.85 Debugging 70470.4682.2 Gesamt 253,55

Die restlichen Kalkulationspositionen werden anhand folgender Daten ermittelt:

Transport- und Beschaffungskosten: 5 % der Kosten für Grund-, Hilfs- und Einkaufsmaterialien (PMZ – Gesamtmaterialkosten);

Brennstoffe und Energie für technologische Zwecke werden bei der Herstellung der Anlage nicht berücksichtigt, daher fallen für diesen Posten keine Aufwendungen an.

Zusatzlohn: 33 % des Grundlohns der Hauptproduktionsarbeiter;

Abzüge für soziale Bedürfnisse: 14 % – vom Grund- und Zusatzlohn der Hauptproduktionsarbeiter;

Kosten für die Entwicklung neuer Produkte, Geräte und Technologien – 18 % des Direktlohns;

Kosten für die Wartung und den Betrieb von Arbeitsmaschinen und -geräten 100 % des direkten Lohns;

Betriebskosten 60 % des direkten Lohns;

Fabrikgemeinkosten: 150 % des Direktlohns;

Sonstige Produktionskosten: 1 % des Direktlohns;

Nichtproduktionskosten (einschließlich Geschäftsreise-, Werbe- und Vertriebskosten): 0,2 % der Produktionskosten;

Im Basisunternehmen beträgt die Rentabilität des Produkts 7,8 %, der Gewinn beträgt also 7,8 % der Gesamtkosten;

Verkaufspreis inklusive Mehrwertsteuer: 118 % des Großhandelspreises.

Der Großhandelspreis wird nach folgender Formel berechnet:

Wo - Produktrentabilitätsquote.

Tabelle 6.5

Kostenpositionen Kosten pro Einheit, Rubel. Rohstoffe und Grundstoffe 3577,06 Hilfsstoffe für den technologischen Bedarf 81,43 Gekaufte Produkte und Halbfabrikate 1781,8 Brennstoffe und Energie für technologische Zwecke - Gesamt-PMZ 5440,29 Transport- und Beschaffungskosten 272,01 Grundgehalt 253,55 Zusätzliche Löhne 83,67 Beiträge für soziale Bedürfnisse 4 7 ,21 Kosten für die Entwicklung neuer Produkte, Geräte und Technologien 45,64 Kosten für Wartung und Betrieb der Geräte 253,55 Werkstattkosten 152,13 Gesamte Werkstattkosten 6548,05 Allgemeine Fabrikkosten 380,33 Sonstige Produktionskosten 2,54 Gesamte Produktionskosten 6930,92 Nichtproduktion Kosten 13,86 Gesamtkosten 6944,78 О Großhandelspreis 7486,47 Verkaufspreis inklusive Mehrwertsteuer 8834,03

6.3Positiver Effekt

Wie jede Innovation oder Erfindung muss auch die in dieser Arbeit verwendete Methode zur Berechnung von Spiegelantennen im Vergleich zu allen anderen gut abschneiden und wirtschaftlich machbar sein. Bei der Entwicklung von Antennen als recht komplexen Geräten ist das Gleichgewicht zwischen Kosten und Übereinstimmung des Endprodukts mit den erforderlichen Eigenschaften und einer bestimmten Genauigkeit sehr wichtig. Eine übermäßige Genauigkeit der Berechnung und Herstellung führt zwangsläufig zu einer Kostensteigerung, die sich nicht optimal auf die Produktkosten auswirkt und daher die Verbraucherqualitäten verschlechtert. Eine unzureichende Genauigkeit wirkt sich wiederum negativ auf die technischen Parameter der Antenne selbst aus, was aus offensichtlichen Gründen äußerst unerwünscht ist. Darüber hinaus kann das Vorhandensein auffälliger Fehler bei der Berechnung der wichtigsten Eigenschaften der Antenne (z. B. ihrer Richtungseigenschaften) dazu führen, dass in den letzten Phasen der Erstellung konstruktive Änderungen am Gerät vorgenommen werden, d. h. tatsächlich dazu führen Überarbeitung der Antenne. Diese Situation kann die wirtschaftliche Komponente des Projekts erheblich beeinträchtigen und den Bau der Antenne weit über den festgelegten Zeitrahmen hinaus verschieben. Mit anderen Worten: Jede Abweichung vom oben beschriebenen Gleichgewicht hat negative Konsequenzen.

Wie bereits in Absatz (1.3) erwähnt, gibt es neben der in dieser Arbeit verwendeten Methode der zusammengesetzten Amplitudenverteilung auch andere Methoden zur Berechnung der Richtungseigenschaften von Spiegelantennen. Eine davon ist die aktuelle Methode. Die aktuelle Methode liefert ziemlich genaue Ergebnisse innerhalb der Hauptkeule des Antennenstrahlungsdiagramms und der angrenzenden Nebenkeulen. Der Nachteil der Methode liegt jedoch in ihrer Komplexität und Umständlichkeit. Darüber hinaus basieren die Berechnungen auf einem ausreichend ungefähren Verhältnis der Stromdichte, das unter anderem nur für Antennenspiegel großer elektrischer Größe gilt.

Eine weitere Methode zur Berechnung der Richteigenschaften von Spiegelantennen ist die Aperturmethode. Es ist in der Praxis neben der aktuellen Methode weit verbreitet und ermöglicht die recht einfache Bestimmung der Richteigenschaften einer Antenne mit jeder noch so komplexen Apertur. Allerdings basiert diese Methode auf den gleichen losen Annahmen wie die aktuelle Methode. Die nur für das Aperturverfahren charakteristische Annahme über die Strahlausbreitung des Feldes vom Antennenspiegel zur Apertur führt zu zusätzlichen Fehlern, die mit zunehmendem Spiegelöffnungswinkel zunehmen. Es ist auch zu beachten, dass die Aperturmethode keine Bestimmung der Polarisationseigenschaften des Antennenfeldes ermöglicht.

Wie aus den Eigenschaften der oben vorgestellten Strom- und Aperturmethoden hervorgeht, sind diese aus mehreren Gründen, wie etwa der Umständlichkeit mathematischer Berechnungen und unzureichender Genauigkeit, nicht optimal. Volumetrische Berechnungen mit zunehmender Komplexität erhöhen die ohnehin schon teuren Arbeitsstunden hochqualifizierter Arbeitskräfte. Die Zeit, die ein Entwickler benötigt, um theoretisch eine Spiegelantenne mit der Methode der zusammengesetzten Amplitudenverteilung zu berechnen, kann zwischen mehreren Stunden und einem ganzen Arbeitstag liegen, während die aktuelle Berechnungsmethode mit allen anderen Nachteilen etwa zwei Arbeitstage benötigt. Das durchschnittliche Monatsgehalt eines Entwicklers beträgt 18.000 Rubel. Bei einer Fünf-Tage-Woche beträgt die durchschnittliche Anzahl der Arbeitstage in einem Monat 22. Somit beträgt das durchschnittliche Tagesgehalt eines Entwicklers:

Es müssen auch zusätzliche Kosten berücksichtigt werden: - Lohnabgrenzungen (Sozialversicherung, gesetzliche Krankenversicherung, Pensionskasse, Beschäftigungskasse), die in der Regel 39 % betragen, sowie - Gemeinkosten in der Organisation, die das Projekt durchführt, in der Regel als Prozentsatz der Lohngebühr geplant und betragen 10 % des Betrags und.

Dann betragen die Kosten für zwei Arbeitstage eines qualifizierten Entwicklers bei der Berechnung der Richtungseigenschaften der Antenne mit der aktuellen Methode:

Während ähnliche Arbeiten, die mit der Methode der zusammengesetzten Amplitudenverteilung durchgeführt werden, die Hälfte der Kosten erfordern:

Der zuvor in Absatz (7.2) berechnete Verkaufspreis der fertigen Antenne einschließlich Mehrwertsteuer beträgt 8.834,03 RUB. Wenn wir diese Kosten mit den Kosten für die Bezahlung eines Spezialisten vergleichen, können wir zu dem Schluss kommen, dass der Unterschied von 1251 Rubel aufgrund der Wahl der Methode der zusammengesetzten Amplitudenverteilung anstelle der aktuellen Methode ziemlich deutlich ist.

Bemerkenswert ist, dass es neben den oben beschriebenen Methoden auch spezielle Softwareprodukte gibt, die unter anderem die Richteigenschaften von Spiegelantennen beurteilen können. Programme wie: Microwave Office, Microwave Studio, HFSS sind in der Lage, dieses technische Problem zu lösen und bieten gegenüber herkömmlichen Methoden eine Reihe von Vorteilen. Sie sollten jedoch berücksichtigen, dass diese Produkte kostenpflichtig sind. Ihre Kosten sind in der Regel nur auf Anfrage erhältlich, hängen von den vom Kunden gewählten Zusatzfunktionen und Routinen ab und können Zehntausende und sogar Hunderttausende Rubel erreichen. Darüber hinaus erfordern solche leistungsstarken computergestützten Designsysteme Computer mit hoher Rechenleistung.

Der Preis eines guten, modernen Computers, der komplexe Berechnungen in solchen Programmen mit komfortabler Leistung durchführen kann und mit einem Breitformatmonitor ausgestattet ist, damit der Bediener die grafische Oberfläche leicht erkennen kann, kann 100.000 Rubel oder mehr erreichen. Beträge dieser Größenordnung, die für die Berechnung der Richtungseigenschaften einer Spiegelantenne aufgewendet werden, sind nicht mit der relativ kostengünstigen und ziemlich genauen Methode der zusammengesetzten Amplitudenverteilung vergleichbar.

7.Abschnitt Sicherheit und Umweltfreundlichkeit

Mit der Entwicklung des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts spielt die Fähigkeit des Menschen, seine Arbeitsaufgaben sicher auszuführen, eine wichtige Rolle. In diesem Zusammenhang wurde die Wissenschaft der Arbeitssicherheit und des menschlichen Lebens geschaffen und entwickelt sich weiter.

Lebenssicherheit (LS) ist eine Reihe von Maßnahmen, die darauf abzielen, die Sicherheit des Menschen in der Umwelt zu gewährleisten, seine Gesundheit zu erhalten, Methoden und Schutzmittel zu entwickeln, indem der Einfluss schädlicher und gefährlicher Faktoren auf akzeptable Werte reduziert wird, und Maßnahmen zur Schadensbegrenzung bei der Beseitigung zu entwickeln Folgen friedlicher Notsituationen und Kriegszeiten.

• Erkennung und Untersuchung von Umweltfaktoren, die sich negativ auf die menschliche Gesundheit auswirken;
• die Wirkung dieser Faktoren auf sichere Grenzen abzuschwächen oder wenn möglich zu eliminieren;
• Beseitigung der Folgen von Katastrophen und Naturkatastrophen.

Das Spektrum der praktischen Aufgaben der Lebenssicherheit wird in erster Linie durch die Wahl der Schutzprinzipien, die Entwicklung und den rationellen Einsatz von Mitteln zum Schutz des Menschen und der natürlichen Umwelt vor den Auswirkungen menschengemachter Quellen und Naturphänomene sowie Mittel zur Gewährleistung bestimmt ein komfortabler Zustand des Wohnumfelds.

Der Schutz der Gesundheit der Arbeitnehmer, die Gewährleistung sicherer Arbeitsbedingungen sowie die Beseitigung von Berufskrankheiten und Arbeitsunfällen ist eines der Hauptanliegen der menschlichen Gesellschaft. Es wird auf die Notwendigkeit hingewiesen, fortschrittliche Formen der wissenschaftlichen Arbeitsorganisation weit verbreitet einzusetzen, manuelle, gering qualifizierte Arbeitskräfte zu minimieren und ein Umfeld zu schaffen, das Berufskrankheiten und Arbeitsunfälle ausschließt.

Der Arbeitsplatz muss Maßnahmen zum Schutz vor einer möglichen Exposition gegenüber gefährlichen und schädlichen Produktionsfaktoren bieten. Die Werte dieser Faktoren sollten die durch gesetzliche, technische und hygienische Standards festgelegten Höchstwerte nicht überschreiten. Diese Regulierungsdokumente verpflichten zur Schaffung von Arbeitsbedingungen am Arbeitsplatz, in denen der Einfluss gefährlicher und schädlicher Faktoren auf die Arbeitnehmer entweder vollständig ausgeschlossen ist oder in akzeptablen Grenzen liegt.

Dieser Abschnitt der Arbeit ist der Betrachtung der folgenden Probleme gewidmet:

· Bestimmung optimaler Arbeitsbedingungen für einen Computerbediener;

• Beleuchtungsberechnung;
• Berechnung des Geräuschpegels.

7.1Merkmale der Arbeitsbedingungen eines Computerbetreibers

Der wissenschaftliche und technologische Fortschritt hat die Bedingungen der Produktionstätigkeit von Wissensarbeitern erheblich verändert. Ihre Arbeit ist intensiver und stressiger geworden und erfordert erhebliche Mengen an geistiger, emotionaler und körperlicher Energie. Dies erforderte eine umfassende Lösung der Probleme der Ergonomie, Hygiene und Arbeitsorganisation, Regelung der Arbeits- und Ruhezeiten.

Derzeit wird Computertechnologie in allen Bereichen menschlicher Aktivitäten weit verbreitet eingesetzt. Bei der Arbeit mit einem Computer ist eine Person einer Reihe gefährlicher und schädlicher Produktionsfaktoren ausgesetzt: elektromagnetische Felder (Radiofrequenzbereich: HF, UHF und Mikrowelle), Infrarot- und ionisierende Strahlung, Lärm und Vibration, statische Elektrizität usw.

Die Arbeit am Computer ist durch eine erhebliche psychische und neuroemotionale Belastung der Bediener, eine hohe Intensität der visuellen Arbeit und eine relativ große Belastung der Armmuskulatur bei der Arbeit mit einer Computertastatur gekennzeichnet. Von großer Bedeutung ist die rationelle Gestaltung und Anordnung der Elemente des Arbeitsplatzes, die für die Aufrechterhaltung einer optimalen Arbeitshaltung des menschlichen Bedieners wichtig sind.

Bei der Arbeit am Computer ist es notwendig, den richtigen Arbeits- und Ruheplan einzuhalten. Andernfalls verspüren die Mitarbeiter eine erhebliche visuelle Anspannung mit Beschwerden über Arbeitsunzufriedenheit, Kopfschmerzen, Reizbarkeit, Schlafstörungen, Müdigkeit und Schmerzen in den Augen, im unteren Rücken, im Nacken und in den Armen.

7.2Farbe und Reflexion

Die Farbgebung von Räumen und Möbeln soll dazu beitragen, günstige Voraussetzungen für die visuelle Wahrnehmung und gute Laune zu schaffen.

Lichtquellen wie Lampen und Fenster, die von der Bildschirmoberfläche reflektiert werden, beeinträchtigen die Genauigkeit der Zeichen erheblich und verursachen physiologische Störungen, die insbesondere bei längerem Gebrauch zu erheblichen Belastungen führen können. Reflexionen, auch von sekundären Lichtquellen, sollten auf ein Minimum beschränkt werden. Zum Schutz vor übermäßiger Helligkeit der Fenster können Vorhänge und Fliegengitter verwendet werden.

· die Fenster sind nach Süden ausgerichtet; die Wände sind grünblau oder hellblau; Boden - grün;

· die Fenster sind nach Norden ausgerichtet: die Wände sind hellorange oder orangegelb; Boden - rötlich-orange;

· die Fenster sind nach Osten ausgerichtet; die Wände sind gelbgrün; der Boden ist grün oder rötlich-orange;

· die Fenster sind nach Westen ausgerichtet: die Wände sind gelbgrün oder bläulichgrün; der Boden ist grün oder rötlich-orange.

In den Räumen, in denen sich der Computer befindet, müssen folgende Werte des Reflexionskoeffizienten gewährleistet sein: für die Decke: 60...70 %, für Wände: 40...50 %, für den Boden: ca. 30 %. Für andere Oberflächen und Arbeitsmöbel: 30…40 %.

7.3 Beleuchtung

Eine ordnungsgemäß geplante und ausgeführte Industriebeleuchtung verbessert die visuellen Arbeitsbedingungen, verringert Ermüdungserscheinungen, erhöht die Arbeitsproduktivität, wirkt sich positiv auf die Arbeitsumgebung aus, wirkt sich positiv auf die Psyche des Arbeitnehmers aus, erhöht die Arbeitssicherheit und reduziert Verletzungen.

Unzureichende Beleuchtung führt zu Sehstörungen, schwächt die Aufmerksamkeit und führt zu vorzeitiger Ermüdung. Zu helles Licht führt zu Blendung, Reizungen und Schmerzen in den Augen. Die falsche Lichtrichtung am Arbeitsplatz kann zu scharfen Schatten und Blendung führen und den Arbeiter desorientieren. All diese Gründe können zu Unfällen oder Berufskrankheiten führen, weshalb die richtige Berechnung der Beleuchtung so wichtig ist.

Es gibt drei Arten der Beleuchtung: natürliche, künstliche und kombinierte (natürliche und künstliche Beleuchtung zusammen).

Natürliche Beleuchtung – Beleuchtung von Räumlichkeiten mit Tageslicht, das durch Lichtöffnungen in den äußeren Umfassungsstrukturen der Räumlichkeiten eindringt. Natürliches Licht zeichnet sich dadurch aus, dass es je nach Tageszeit, Jahreszeit, der Beschaffenheit des Gebiets und einer Reihe anderer Faktoren stark schwankt.

Künstliche Beleuchtung wird bei Arbeiten in der Nacht und tagsüber eingesetzt, wenn es nicht möglich ist, normalisierte Werte des natürlichen Lichtkoeffizienten bereitzustellen (bewölktes Wetter, kurze Tageslichtstunden). Eine Beleuchtung, bei der das für die Norm unzureichende natürliche Licht durch künstliches Licht ergänzt wird, wird als kombinierte Beleuchtung bezeichnet.

Künstliche Beleuchtung wird in Arbeits-, Notfall-, Evakuierungs- und Sicherheitsbeleuchtung unterteilt. Die Arbeitsbeleuchtung wiederum kann allgemein oder kombiniert sein. Allgemein – Beleuchtung, bei der die Lampen gleichmäßig oder im Verhältnis zum Standort der Geräte im oberen Bereich des Raums platziert werden. Kombiniert - Beleuchtung, bei der zur allgemeinen Beleuchtung lokale Beleuchtung hinzugefügt wird.

Gemäß SNiP II-4-79 muss in den Räumlichkeiten von Rechenzentren ein kombiniertes Beleuchtungssystem verwendet werden.

Bei Arbeiten in der Kategorie hoher visueller Genauigkeit (die kleinste Größe des Unterscheidungsobjekts beträgt 0,3...0,5 mm) darf der Wert des natürlichen Beleuchtungskoeffizienten (NLC) nicht weniger als 1,5 % betragen, und bei Arbeiten mit visueller Genauigkeit Arbeiten mit durchschnittlicher Genauigkeit (die kleinste Größe des Unterscheidungsobjekts beträgt 0,5 ... 1,0 mm) KEO muss mindestens 1,0 % betragen. Als künstliche Lichtquellen werden üblicherweise Leuchtstofflampen vom Typ LB oder DRL verwendet, die paarweise zu Lampen zusammengefasst werden, die gleichmäßig über den Arbeitsflächen angeordnet sein sollten.

Die Beleuchtungsanforderungen in Räumen, in denen Computer installiert sind, sind wie folgt: Bei hochpräzisen visuellen Arbeiten sollte die Gesamtbeleuchtung 300 Lux und die kombinierte Beleuchtung 750 Lux betragen; ähnliche Anforderungen bei Arbeiten mit mittlerer Präzision - 200 bzw. 300 Lux.

Zudem muss das gesamte Sichtfeld einigermaßen gleichmäßig ausgeleuchtet werden – das ist eine hygienische Grundvoraussetzung. Mit anderen Worten: Der Grad der Raumbeleuchtung und die Helligkeit des Computerbildschirms sollten ungefähr gleich sein, denn Helles Licht im Bereich des peripheren Sehens erhöht die Belastung der Augen erheblich und führt in der Folge zu schneller Ermüdung.

7.4Mikroklimaparameter

Die Parameter des Mikroklimas können in einem weiten Bereich variieren, während eine notwendige Voraussetzung für das menschliche Leben darin besteht, dank der Thermoregulation eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, d. h. die Fähigkeit des Körpers, die Abgabe von Wärme an die Umgebung zu regulieren. Das Prinzip der Mikroklimaregulierung besteht in der Schaffung optimaler Bedingungen für den Wärmeaustausch zwischen dem menschlichen Körper und der Umwelt.

Computertechnik erzeugt erhebliche Wärme, die zu einem Temperaturanstieg und einem Rückgang der relativen Luftfeuchtigkeit im Raum führen kann. In Räumen, in denen Computer aufgestellt sind, müssen bestimmte Mikroklimaparameter beachtet werden. Die Hygienestandards SN-245-71 legen Mikroklimaparameter fest, die angenehme Bedingungen schaffen. Diese Standards werden abhängig von der Jahreszeit, der Art des Arbeitsprozesses und der Art der Produktionsräume festgelegt (siehe Tabelle 7.1).

Das Raumvolumen, in dem sich Rechenzentrumsmitarbeiter befinden, sollte nicht weniger als 19,5 m betragen 3/Person, unter Berücksichtigung der maximalen Anzahl gleichzeitig arbeitender Arbeiter pro Schicht. Die Standards für die Frischluftversorgung von Räumen, in denen Computer aufgestellt sind, sind in Tabelle 7.2 aufgeführt.

Tabelle 7.1. Mikroklimaparameter für Räume, in denen Computer installiert sind

Jahreszeitraum Mikroklima-Parameter Wert Kalte Innenlufttemperatur Relative Luftfeuchtigkeit Luftgeschwindigkeit 22…24°C 40…60 % bis zu 0,1 m/s Warme Innenlufttemperatur Relative Luftfeuchtigkeit Luftgeschwindigkeit 23…25°C 40…60 % 0,1…0,2 MS

Tabelle 7.2. Standards für die Frischluftversorgung von Räumen, in denen Computer aufgestellt sind

Eigenschaften des RaumsVolumenstrom der dem Raum zugeführten Frischluft, m 3/pro Person und Stunde Volumen bis zu 20 m 3pro Person 20...40m 3pro Person Mehr als 40m 3pro Person Mindestens 30 Mindestens 20 Natürliche Belüftung

Um angenehme Bedingungen zu gewährleisten, werden sowohl organisatorische Methoden (rationelle Arbeitsorganisation je nach Jahres- und Tageszeit, Wechsel von Arbeit und Ruhe) als auch technische Mittel (Lüftung, Klimaanlage, Heizungsanlage) eingesetzt.

7,5 Lärm und Vibration

Lärm verschlechtert die Arbeitsbedingungen und wirkt sich schädlich auf den menschlichen Körper aus. Wer unter Bedingungen längerer Lärmbelastung arbeitet, leidet unter Reizbarkeit, Kopfschmerzen, Schwindel, Gedächtnisverlust, erhöhter Müdigkeit, vermindertem Appetit, Ohrenschmerzen usw. Solche Funktionsstörungen einer Reihe von Organen und Systemen des menschlichen Körpers können negative Veränderungen verursachen der emotionale Zustand einer Person bis hin zu stressig. Unter dem Einfluss von Lärm nimmt die Konzentration der Aufmerksamkeit ab, physiologische Funktionen werden gestört, es tritt Müdigkeit aufgrund erhöhter Energiekosten und neuropsychischer Belastung auf und die Sprachkommutation verschlechtert sich. All dies verringert die Leistungsfähigkeit und Produktivität einer Person sowie die Qualität und Sicherheit ihrer Arbeit. Eine längere Belastung des Gehörs durch starken Lärm [über 80 dB(A)] führt zu einem teilweisen oder vollständigen Verlust des Gehörs.

Tabelle 7.3 zeigt die maximalen Schallpegel je nach Schweregrad und Intensität der Arbeit, die im Hinblick auf die Erhaltung der Gesundheit und Leistungsfähigkeit unbedenklich sind.

Tabelle 7.3. Begrenzen Sie den Schallpegel (dB) am Arbeitsplatz

Der Geräuschpegel am Arbeitsplatz von Mathematikern, Programmierern und Videobetreibern sollte 50 dBA und in Räumen zur Informationsverarbeitung auf Computern 65 dBA nicht überschreiten. Um den Lärmpegel zu reduzieren, können Wände und Decken von Räumen, in denen Computer aufgestellt sind, mit schallabsorbierenden Materialien ausgekleidet werden. Der Vibrationsgrad in Rechenzentrumsräumen kann durch die Installation von Geräten auf speziellen Vibrationsisolatoren reduziert werden.

7.6Elektromagnetische und ionisierende Strahlung

Die meisten Wissenschaftler glauben, dass sowohl die kurz- als auch die langfristige Belastung durch alle Arten von Strahlung, die von einem Bildschirm ausgeht, keine Gefahr für die Gesundheit des Personals darstellt, das Computer wartet. Es liegen jedoch keine umfassenden Daten über die Gefährlichkeit der Strahlenbelastung durch Monitore für Menschen vor, die mit Computern arbeiten, und die Forschung in dieser Richtung wird fortgesetzt.

Akzeptable Werte der Parameter nichtionisierender elektromagnetischer Strahlung von einem Computermonitor sind in Tabelle 7.4 aufgeführt.

Die maximale Röntgenstrahlung am Arbeitsplatz des Computerbedieners überschreitet in der Regel nicht 10 µrem/h und die Intensität der ultravioletten und infraroten Strahlung vom Bildschirm liegt zwischen 10 und 100 mW/m2 .

Tabelle 7.4. Akzeptable Werte der Parameter nichtionisierender elektromagnetischer Strahlung (gemäß SanPiN 2.2.2.542-96)

Parametername Zulässige Werte Stärke der elektrischen Komponente des elektromagnetischen Feldes in einem Abstand von 50 cm von der Oberfläche des Videomonitors 10 V/m Stärke der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Feldes in einem Abstand von 50 cm von der Oberfläche des Videomonitors 0,3 A/m Stärke des elektrostatischen Feldes sollte nicht überschreiten: für erwachsene Benutzer für Kinder von Vorschuleinrichtungen und Studenten von weiterführenden Fach- und Hochschuleinrichtungen 20 kV/m 15 kV/m

Um die Belastung durch diese Strahlungsarten zu reduzieren, wird empfohlen, Monitore mit reduzierter Strahlungsstufe (MPR-II, TCO-92, TCO-99) zu verwenden, Schutzschirme zu installieren und geregelte Arbeits- und Ruhezeiten einzuhalten.

7.7 Arbeitszeit

Wie bereits mehrfach erwähnt, spielt bei der Arbeit am PC die Einhaltung der richtigen Arbeits- und Ruhezeiten eine sehr wichtige Rolle. Andernfalls verspüren die Mitarbeiter eine erhebliche visuelle Anspannung mit Beschwerden über Arbeitsunzufriedenheit, Kopfschmerzen, Reizbarkeit, Schlafstörungen, Müdigkeit und Schmerzen in den Augen, im unteren Rücken, im Nacken und in den Armen.

Tabelle 7.5 gibt Auskunft über die geregelten Pausen, die bei der Arbeit am Computer eingelegt werden müssen, abhängig von der Dauer der Arbeitsschicht, Art und Kategorien der Arbeit mit Bildschirmarbeitsplatz (Video Display Terminal) und PC (gemäß SanPiN 2.2.2 542- 96 „Hygieneanforderungen an Videoterminals, persönliche elektronische Computer und Arbeitsorganisation“).

Tabelle 7.5. Zeit der geregelten Pausen bei der Arbeit am Computer

Arbeitskategorie mit VDT oder PEVM Belastungsniveau pro Arbeitsschicht für Arbeitsarten mit VDT Gesamtzeit der geregelten Pausen, min. Gruppe A, Anzahl Zeichen Gruppe B, Anzahl Zeichen Gruppe C, Stunden Für eine 8-Stunden-Schicht Für eine 12 -Stundenschicht I bis 20.000 bis 15.000 bis 2,03070 II bis 40.000 bis 30.000 bis 4,05090 III bis 600 00 bis 40000 bis 6,070120

Notiz. Die Pausenzeiten unterliegen der Einhaltung der vorgegebenen Hygienevorschriften. Entsprechen die tatsächlichen Arbeitsbedingungen nicht den Anforderungen der Hygienevorschriften und -normen, sollte die Zeit der geregelten Pausen um 30 % verlängert werden.

Gemäß SanPiN 2.2.2 546-96 werden alle Arten von Arbeitstätigkeiten im Zusammenhang mit der Nutzung eines Computers in drei Gruppen eingeteilt:

· Gruppe A: Arbeit am Lesen von Informationen vom Bildschirm eines VDT oder PCs mit einer vorläufigen Anfrage;

· Gruppe B: Arbeit an der Eingabe von Informationen;

· Gruppe B: kreative Arbeit im Dialogmodus mit einem Computer.

Die Effektivität von Pausen erhöht sich in Kombination mit Betriebsgymnastik oder der Einrichtung eines speziellen Ruheraums für das Personal mit bequemen Polstermöbeln, einem Aquarium, einer Grünfläche etc.

7.8Gewährleistung der elektrischen Sicherheit

Elektroinstallationen, zu denen fast alle Computeranlagen gehören, stellen ein großes Gefahrenpotenzial für den Menschen dar, da beim Betrieb oder bei Wartungsarbeiten spannungsführende Teile berührt werden können. Besondere Gefahren durch Elektroinstallationen:

Stromführende Leiter, Gehäuse von Computer-Racks und anderen Geräten, die aufgrund von Isolationsschäden (Durchschlag) unter Spannung stehen, geben keine Signale ab, die eine Person vor der Gefahr warnen. Die Reaktion eines Menschen auf elektrischen Strom erfolgt nur, wenn dieser durch den menschlichen Körper fließt. Die ordnungsgemäße Organisation der Wartung bestehender elektrischer Anlagen im Labor sowie die Durchführung von Reparatur-, Installations- und vorbeugenden Arbeiten ist für die Vermeidung von elektrischen Verletzungen äußerst wichtig. Ordnungsgemäße Organisation bedeutet zugleich die strikte Umsetzung einer Reihe organisatorischer und technischer Maßnahmen und Mittel, die in den aktuellen „Regeln für den technischen Betrieb elektrischer Verbraucheranlagen und Sicherheitsregeln für den Betrieb elektrischer Verbraucheranlagen“ (PTE und PTB) festgelegt sind der Verbraucher) und „Regeln für die Errichtung elektrischer Anlagen“ (PUE) B Je nach Kategorie der Räumlichkeiten müssen bestimmte Maßnahmen getroffen werden, um eine ausreichende elektrische Sicherheit beim Betrieb und bei der Reparatur elektrischer Geräte zu gewährleisten. Daher müssen Elektrowerkzeuge und Handlampen in Räumen mit erhöhter Gefahr doppelt isoliert ausgeführt sein oder ihre Versorgungsspannung darf 42 V nicht überschreiten. Arbeiten ohne Spannungsfreischaltung an spannungsführenden Teilen und in deren Nähe, Arbeiten direkt an diesen Teilen oder bei Annäherung sie in einem geringeren Abstand als die etablierte PEU. Zu diesen Arbeiten gehören Arbeiten zum Aufbau einzelner Einheiten und Blöcke. Bei der Durchführung dieser Art von Arbeiten in Elektroinstallationen bis 1000 V sind bestimmte technische und organisatorische Maßnahmen erforderlich, wie zum Beispiel: Zäune in der Nähe des Arbeitsplatzes und andere stromführende Teile, die versehentlich berührt werden können; mit dielektrischen Handschuhen arbeiten oder auf einer dielektrischen Matte stehen; Verwendung von Werkzeugen mit isolierenden Griffen; wenn kein solches Werkzeug vorhanden ist, sollten dielektrische Handschuhe verwendet werden. Arbeiten dieser Art müssen von mindestens zwei Arbeitnehmern ausgeführt werden.

Gemäß PTE und PTV gelten für Verbraucher und Wartungspersonal elektrischer Anlagen folgende Anforderungen:

· Personen unter 18 Jahren dürfen nicht in elektrischen Anlagen arbeiten;

· Personen sollten keine Verletzungen oder Krankheiten haben, die die Produktionsarbeit beeinträchtigen;

· Personen müssen nach entsprechender theoretischer und praktischer Ausbildung eine Kenntnisprüfung bestehen und über eine Bescheinigung für die Zulassung zu Arbeiten in Elektroinstallationen verfügen.

Im Labor treten Entladungsströme statischer Elektrizität am häufigsten auf, wenn Computerelemente berührt werden. Solche Entladungen stellen für den Menschen keine Gefahr dar, können aber neben unangenehmen Empfindungen auch zum Ausfall des Computers führen. Um das Ausmaß der im Labor entstehenden statischen Aufladungen zu reduzieren, sollte der Belag von Technikböden aus einschichtigem antistatischem Polyvinylchlorid-Linoleum bestehen. Eine weitere Schutzmethode besteht darin, die Ladung statischer Elektrizität mit ionisiertem Gas zu neutralisieren. Radioaktive Neutralisatoren werden in der Industrie häufig eingesetzt. Zu den allgemeinen Maßnahmen zum Schutz vor statischer Elektrizität im Labor gehört die allgemeine und lokale Luftbefeuchtung.

7.9Beleuchtungsberechnung

Bei der Berechnung der Arbeitsplatzbeleuchtung kommt es darauf an, ein Beleuchtungssystem auszuwählen und die erforderliche Anzahl der Lampen sowie deren Typ und Platzierung zu bestimmen. Auf dieser Grundlage berechnen wir die Parameter der künstlichen Beleuchtung.

Typischerweise wird künstliche Beleuchtung mit zwei Arten elektrischer Lichtquellen durchgeführt: Glühlampen und Leuchtstofflampen. Wir werden Leuchtstofflampen verwenden, die gegenüber Glühlampen eine Reihe wesentlicher Vorteile haben:

· hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung des Lichts ähneln sie dem Tageslicht, dem natürlichen Licht;

· einen höheren Wirkungsgrad haben (1,5-2 mal höher als der Wirkungsgrad von Glühlampen);

· haben eine erhöhte Lichtausbeute (3-4 mal höher als Glühlampen);

· längere lebensdauer.

Beleuchtungsberechnungen werden für einen Raum mit einer Fläche von 36 m durchgeführt 2, dessen Breite 6 m, Länge - 6 m und Höhe - 3 m beträgt. Verwenden wir die Methode des Lichtstrom-Nutzungskoeffizienten.

Mit einer Mindestobjektauflösung von 0,8 mm entspricht die Art der visuellen Arbeit der Kategorie IV, durchschnittliche Genauigkeit. Reflexionswerte von Objekten und Hintergrund .

Kontrast Objekt zum Hintergrund:

In diesem Fall wird der Hintergrund als hell klassifiziert ( ), der Kontrast ist hoch (K > 0,5), was der Unterkategorie der visuellen Arbeit „g“ entspricht, und der Beleuchtungsstandard für die Allgemeinbeleuchtung beträgt E = 200 Lux.

Überhanghöhe Höhe der Arbeitsfläche über dem Boden = 1 m.

Berechnen wir die Höhe der Aufhängung (h):

(7.2)

, (7.3)

wobei H die Höhe der Decke ist.

Für diesen Raum wählen wir die Lampe LB40-1.

Die ausgewählte Leuchte verfügt über eine Verteilungskurve vom Typ D1, für die das optimale Verhältnis des Leuchtenabstands zur Bauhöhe optimal ist.

Bestimmen wir den Abstand zwischen benachbarten Lampen ( ) und der Abstand von der äußeren Reihe zur Wand ():

; (7.4)

; (7.5)

Um den Raum zu beleuchten, ordnen wir die Lampen in 3 Reihen N=3 an.

Deckenreflexionswerte , Wände, Boden .

Berechnen wir den Raumindex:

(7.6)

Dabei sind A und B die Länge und Breite des Raumes, also seine halbe Fläche.

Lassen Sie uns den Lichtstrom-Nutzungsfaktor bestimmen (ausgedrückt als Verhältnis des auf die Designfläche einfallenden Lichtstroms zum Gesamtstrom aller Lampen und wird in Bruchteilen einer Einheit berechnet; hängt von den Eigenschaften der Lampe und der Größe ab). Raum, die Farbe der Wände und der Decke).

Unter Berücksichtigung Und Lichtstrom-Nutzungsfaktor

Bestimmen wir den auf die Oberfläche einfallenden Lichtstrom mit der Formel:

, (7.7)

wobei F der berechnete Lichtstrom Lm ist; E – normalisierte Mindestbeleuchtung, Lux; Z ist das Verhältnis der durchschnittlichen Beleuchtung zum Minimum (normalerweise gleich 1,1...1,2, sei Z = 1,1); - Sicherheitsfaktor unter Berücksichtigung der Abnahme des Lichtstroms der Lampe infolge der Verschmutzung der Lampen während des Betriebs (sein Wert hängt von der Art des Raums und der Art der darin durchgeführten Arbeiten ab, in unserem Fall auch = 1,5); N ist die Anzahl der Lampenreihen.

Setzen wir alle Werte in die Formel ein, um den Lichtstrom F zu bestimmen:

Für die Beleuchtung wählen wir Leuchtstofflampen vom Typ LB65-4, deren Lichtstrom , dann ist die Anzahl der Lampen in einer Reihe gleich:

(7.8)

7.10Berechnung des Geräuschpegels

Einer der ungünstigen Faktoren der Produktionsumgebung im Rechenzentrum ist der hohe Lärmpegel, der durch Druckgeräte, Klimaanlagen und Lüfter der Kühlsysteme in den Computern selbst entsteht.

Um Fragen zur Notwendigkeit und Durchführbarkeit einer Lärmreduzierung beantworten zu können, ist es notwendig, den Lärmpegel am Arbeitsplatz des Bedieners zu kennen.

Der Lärmpegel, der durch den gleichzeitigen Betrieb mehrerer inkohärenter Quellen entsteht, wird nach dem Prinzip der energetischen Summation der Emissionen einzelner Quellen berechnet:

wo L ich - Schalldruckpegel der i-ten Geräuschquelle; n ist die Anzahl der Lärmquellen.

Die erhaltenen Berechnungsergebnisse werden mit dem zulässigen Lärmpegel für einen bestimmten Arbeitsplatz verglichen. Liegen die Berechnungsergebnisse über dem zulässigen Lärmpegel, sind besondere Lärmminderungsmaßnahmen erforderlich. Dazu gehören: die Verkleidung der Wände und Decken der Halle mit schallabsorbierenden Materialien, die Reduzierung des Lärms an der Quelle, die richtige Anordnung der Geräte und die rationelle Organisation des Arbeitsplatzes des Bedieners.

Die Schalldruckpegel der auf den Bediener an seinem Arbeitsplatz einwirkenden Lärmquellen sind in Tabelle 7.6 dargestellt.

Tabelle 7.6. Schalldruckpegel verschiedener Quellen.

GeräuschquelleGeräuschpegel, dBFestplatte40Lüfter45Monitor17Tastatur10

Typischerweise ist der Arbeitsplatz des Bedieners mit folgenden Geräten ausgestattet: einer Festplatte in der Systemeinheit, Lüftern von PC-Kühlsystemen, einem Monitor und einer Tastatur.

Wenn wir die Schalldruckpegelwerte für jeden Gerätetyp in die Formel einsetzen, erhalten wir:

L ?=10 lg(10 4+104,5+101,7+101)=46,2 dB

Der erhaltene Wert überschreitet nicht den zulässigen Geräuschpegel für den Arbeitsplatz des Bedieners von 65 dB (GOST 12.1.003-83).

Abschluss

Folgende Aufgaben wurden in der Arbeit gelöst:

· die allgemeinen Prinzipien der Theorie der Spiegelantennen werden berücksichtigt;

· die grundlegenden Beziehungen zur Beschreibung der Eigenschaften von Spiegelantennen werden berücksichtigt;

· Es werden die gebräuchlichsten Methoden zur Beurteilung der Richteigenschaften von Spiegelantennen betrachtet.

· Es wurde eine Studie über die Möglichkeit durchgeführt, die Richtungseigenschaften einer Spiegelantenne mithilfe der Methode der zusammengesetzten Amplitudenverteilung abzuschätzen.

Als Ergebnis der Studie wurde eine Einspeisung in Form eines offenen Endes eines rechteckigen Hohlleiters im Bereich von 484–750 MHz für eine Einzelspiegelantenne mit diesen geometrischen Abmessungen und den Haupteigenschaften der Einspeisung und der Antenne entworfen als Ganzes berechnet. Es ist zu beachten, dass die im Projekt durchgeführten theoretischen Berechnungen nur in diesem Stadium der Analyse als annähernd korrekt angesehen werden können, da die erhaltenen Ergebnisse eine Reihe objektiver Fehler im Zusammenhang mit den durchgeführten Messungen und Berechnungen enthalten.

Es ist auch zu berücksichtigen, dass die meisten Berechnungen auf theoretischen Annahmen und unter Berücksichtigung einiger idealer Bedingungen basierten, die in der Praxis nicht realisierbar sind. Dennoch ermöglicht diese Arbeit im Allgemeinen die Bewertung der Haupteigenschaften der entworfenen Antenne und des Einflusses bestimmter Faktoren auf ihre Eigenschaften.

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Der Empfang von Satellitenfernsehsignalen erfolgt durch spezielle Empfangsgeräte, deren integraler Bestandteil eine Antenne ist. Für den professionellen und Amateurempfang von Satellitenübertragungen sind Parabolantennen am beliebtesten, da ein Rotationsparaboloid die Eigenschaft hat, Strahlen parallel zu seiner Achse, die auf seine Apertur fallen, zu einem Punkt, dem sogenannten Fokus, zu reflektieren. Eine Apertur ist ein Teil der Ebene, die durch die Kante eines Rotationsparaboloids begrenzt wird.

Ein Rotationsparaboloid, das als Antennenreflektor dient, entsteht durch Drehung einer flachen Parabel um ihre Achse. Eine Parabel ist der Ort von Punkten, die von einem gegebenen Punkt (Fokus) und einer gegebenen Geraden (Leitlinie) gleich weit entfernt sind (Abb. 6.1). Punkt F ist der Fokus und Linie AB ist der Direktor. Punkt M mit den Koordinaten x, y ist einer der Punkte der Parabel. Der Abstand zwischen dem Fokus und der Leitlinie wird als Parameter der Parabel bezeichnet und mit dem Buchstaben p bezeichnet. Dann sind die Koordinaten des Fokus F wie folgt: (p/2, 0). Der Ursprung (Punkt 0) wird Scheitelpunkt der Parabel genannt.

Per Definition einer Parabel sind die Segmente MF und PM gleich. Nach dem Satz des Pythagoras MF^2 =FK^2+ MK^2. Gleichzeitig ist FK = = x - p/2, KM = y und PM = x + p/2, dann ist (x - p/2)^2 + y^2 = (x + p/2)^2 .

Indem wir die Ausdrücke in Klammern quadrieren und ähnliche Terme einbringen, erhalten wir schließlich die kanonische Gleichung der Parabel:

y^2 = 2px, oder y = (2px)^0,5. (6.1)

Nach dieser klassischen Formel wurden Millionen von Antennen für den Empfang von Satellitenfernsehsignalen hergestellt. Warum hat diese Antenne Aufmerksamkeit verdient?

Parallel zu den Achsen des Paraboloids breiten sich die von der Apertur zum Fokus reflektierten Strahlen (Radiowellen) des Satelliten in gleicher Entfernung aus (Brennweite). Herkömmlicherweise fallen zwei Strahlen (1 und 2) an verschiedenen Stellen auf die Öffnungsfläche des Paraboloids (Abb. 6.2). Allerdings legen die reflektierten Signale beider Strahlen die gleiche Distanz zum Fokus F zurück. Das bedeutet, dass der Abstand A+B=C+D ist. Also alle Strahlen, die von der Sendeantenne des Satelliten ausgesendet werden und auf die der Parabolspiegel gerichtet ist

loid, konzentrieren Sie sich in Phase im Fokus F. Diese Tatsache ist mathematisch bewiesen (Abb. 6.3).

Die Wahl des Parabelparameters bestimmt die Tiefe des Paraboloids, also den Abstand zwischen Scheitelpunkt und Fokus. Bei gleichem Aperturdurchmesser haben kurzfokussierte Paraboloide eine große Tiefe, was die Installation des Vorschubs im Fokus äußerst umständlich macht. Darüber hinaus ist bei Paraboloiden mit kurzem Brennpunkt der Abstand von der Einspeisung zur Oberseite des Spiegels viel geringer als zu seinen Rändern, was zu ungleichmäßigen Amplituden an der Einspeisung für Wellen führt, die vom Rand des Paraboloids und von der nahen Zone reflektiert werden Zum Seitenanfang.

Paraboloide mit langem Fokus haben eine geringere Tiefe, die Installation des Vorschubs ist bequemer und die Amplitudenverteilung wird gleichmäßiger. Bei einem Öffnungsdurchmesser von 1,2 m und einem Parameter von 200 mm beträgt die Tiefe des Paraboloids also 900 mm und bei einem Parameter von 750 mm nur 240 mm. Übersteigt der Parameter den Radius der Apertur, liegt der Fokus, in dem sich der Strahler befinden soll, außerhalb des durch das Paraboloid und die Apertur begrenzten Volumens. Die optimale Option ist, wenn der Parameter etwas größer als der Aperturradius ist.

Die Satellitenantenne ist das einzige verstärkende Element des Empfangssystems, das kein eigenes Rauschen verursacht und das Signal und damit das Bild nicht beeinträchtigt. Antennen mit einem Spiegel in Form eines Rotationsparaboloids werden in zwei Hauptklassen unterteilt: symmetrischer Parabolreflektor und asymmetrischer (Abb. 6.4, 6.5). Der erste Antennentyp wird üblicherweise als Direktfokusantenne bezeichnet, der zweite als Offsetantenne.

Eine Offsetantenne ist wie ein ausgeschnittenes Parabelsegment. Der Fokus eines solchen Segments liegt unterhalb des geometrischen Mittelpunkts der Antenne. Dadurch entfällt die Abschattung des Nutzbereichs der Antenne durch die Einspeisung und ihre Halterungen, was ihre Effizienz bei gleicher Spiegelfläche wie bei einer achsensymmetrischen Antenne erhöht. Darüber hinaus ist die Einspeisung unterhalb des Antennenschwerpunkts angebracht und erhöht so deren Stabilität bei Windverhältnissen.

Dieses Antennendesign ist beim individuellen Satellitenfernsehempfang am gebräuchlichsten, obwohl derzeit andere Prinzipien für den Aufbau terrestrischer Satellitenantennen verwendet werden.

Wenn für den stabilen Empfang von Programmen des ausgewählten Satelliten eine Antennengröße von bis zu 1,5 m erforderlich ist, empfiehlt sich der Einsatz von Offset-Antennen, da mit zunehmender Gesamtfläche der Antenne der Effekt der Spiegelabschattung an Bedeutung verliert.

Die Offset-Antenne wird nahezu vertikal montiert. Abhängig von der geografischen Breite ist sein Neigungswinkel geringfügig

verändert sich. Diese Position verhindert, dass sich Niederschlag in der Antennenschüssel ansammelt, was die Empfangsqualität stark beeinträchtigt.

Das Funktionsprinzip (Fokussierung) von direktfokussierten (achsensymmetrischen) und versetzten (asymmetrischen) Antennen ist in Abb. dargestellt. 6.6.

Bei Antennen kommt der Richtcharakteristik eine besondere Bedeutung zu. Dank der Möglichkeit, Antennen mit hoher Ortsselektivität einzusetzen, ist der Empfang von Satellitenfernsehen möglich. Die wichtigsten Eigenschaften von Antennen sind Gewinn und Strahlungsmuster.

Der Gewinn einer Parabolantenne hängt vom Durchmesser des Paraboloids ab: Je größer der Durchmesser des Spiegels, desto höher der Gewinn.

Die Abhängigkeit des Gewinns einer Parabolantenne vom Durchmesser ist unten dargestellt.

Die Rolle des Gewinns einer Parabolantenne kann mithilfe einer Glühbirne analysiert werden (Abb. 6.7, a). Das Licht wird gleichmäßig in den umgebenden Raum gestreut und das Auge des Betrachters nimmt eine bestimmte Beleuchtungsstärke wahr, die der Leistung der Glühbirne entspricht.

Wenn jedoch eine Lichtquelle mit einer 300-fachen Verstärkung im Fokus eines Paraboloids platziert wird (Abb. 6.7, b), sind ihre Strahlen nach der Reflexion an der Oberfläche des Paraboloids parallel zu seiner Achse und der Farbe Die Stärke entspricht einer Quelle mit einer Leistung von 13.500 W. Das Auge des Betrachters kann eine solche Beleuchtung nicht wahrnehmen. Auf dieser Eigenschaft basiert insbesondere das Funktionsprinzip des Strahlers.

Ein Antennenparaboloid ist also streng genommen keine Antenne im Sinne einer Umwandlung der elektromagnetischen Feldstärke in eine Signalspannung. Ein Paraboloid ist lediglich ein Reflektor von Radiowellen, der diese in einem Fokus konzentriert, wo die aktive Antenne (Feeder) platziert werden sollte.

Das Antennenstrahlungsmuster (Abb. 6.8) charakterisiert die Abhängigkeit der Amplitude der an einem bestimmten Punkt erzeugten elektrischen Feldstärke E von der Richtung zu diesem Punkt. In diesem Fall bleibt der Abstand von der Antenne zu diesem Punkt konstant.

Eine Erhöhung des Antennengewinns führt zu einer Verengung der Hauptkeule des Strahlungsdiagramms, und eine Verengung auf einen Wert von weniger als 1° führt dazu, dass die Antenne mit einem Trackingsystem ausgestattet werden muss, da geostationäre Satelliten um ihre stationäre Position schwingen im Orbit. Eine Vergrößerung der Strahlungsmusterbreite führt zu einer Verringerung der Verstärkung und damit zu einer Verringerung der Signalleistung am Empfängereingang. Daraus ergibt sich die optimale Breite der Hauptkeule des Strahlungsmusters

Die Breite beträgt 1...2°, vorausgesetzt, dass die Sendeantenne des Satelliten mit einer Genauigkeit von ±0,1° im Orbit gehalten wird.

Das Vorhandensein von Nebenkeulen im Strahlungsmuster verringert außerdem den Antennengewinn und erhöht die Möglichkeit von Empfangsstörungen. Die Breite und Konfiguration des Strahlungsmusters hängen in vielerlei Hinsicht von der Form und dem Durchmesser des Empfangsantennenspiegels ab.

Das wichtigste Merkmal einer Parabolantenne ist ihre Formgenauigkeit. Es sollte die Form eines Rotationsparaboloids mit minimalen Fehlern wiederholen. Die Genauigkeit der Form bestimmt den Antennengewinn und sein Strahlungsmuster.

Es ist nahezu unmöglich, eine Antenne mit der Oberfläche eines idealen Paraboloids herzustellen. Jede Abweichung der tatsächlichen Form des Parabolspiegels von der Idealform beeinträchtigt die Leistung der Antenne. Es treten Phasenfehler auf, die die Qualität des empfangenen Bildes verschlechtern und den Antennengewinn verringern. Auch beim Betrieb von Antennen kommt es zu Formverzerrungen: unter dem Einfluss von Wind und Niederschlag; Schwere; als Folge einer ungleichmäßigen Erwärmung der Oberfläche durch die Sonnenstrahlen. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren wird die zulässige Gesamtabweichung des Antennenprofils ermittelt.

Auch die Qualität des Materials beeinflusst die Leistung der Antenne. Für die Herstellung von Satellitenantennen werden hauptsächlich Stahl und Duraluminium verwendet.

Stahlantennen sind günstiger als Aluminiumantennen, aber schwerer und anfälliger für Korrosion, weshalb eine Korrosionsschutzbehandlung für sie besonders wichtig ist. Tatsache ist, dass eine sehr dünne oberflächennahe Metallschicht an der Reflexion des elektromagnetischen Signals von der Oberfläche beteiligt ist. Bei Beschädigung durch Rost verringert sich die Wirksamkeit der Antenne deutlich. Es ist besser, eine Stahlantenne zunächst mit einer dünnen Schutzschicht aus einem Nichteisenmetall (z. B. Zink) zu überziehen und sie dann zu lackieren.

Bei Aluminiumantennen treten diese Probleme nicht auf. Allerdings sind sie etwas teurer. Die Industrie produziert auch Kunststoffantennen. Ihre Spiegel mit einer dünnen Metallbeschichtung unterliegen aufgrund verschiedener äußerer Einflüsse einer Formverzerrung: Temperatur, Windlasten und einer Reihe anderer Faktoren. Es gibt Mesh-Antennen, die windlastbeständig sind. Sie weisen gute Gewichtseigenschaften auf, haben jedoch beim Empfang von Ki-Band-Signalen eine schlechte Leistung erbracht. Es empfiehlt sich, solche Antennen zum Empfang von C-Band-Signalen zu verwenden.

Auf den ersten Blick sieht eine Parabolantenne wie ein raues Stück Metall aus, dennoch erfordert sie eine sorgfältige Handhabung bei Lagerung, Transport und Installation. Jede Verzerrung der Antennenform führt zu einem starken Rückgang ihrer Effizienz und einer Verschlechterung der Bildqualität auf dem Fernsehbildschirm. Beim Kauf einer Antenne müssen Sie auf das Vorhandensein von Verzerrungen auf der Arbeitsfläche der Antenne achten. Manchmal kommt es vor, dass der Antennenspiegel beim Auftragen von Korrosionsschutz- und Dekorbeschichtungen „geführt“ wird und die Form eines Propellers annimmt. Sie können dies überprüfen, indem Sie die Antenne auf einen ebenen Boden stellen: Die Kanten der Antenne sollten überall die Oberfläche berühren.

In diesem Fall ist der Spiegel ein Ausschnitt aus einem Rotationsparaboloid oder einem Paraboloid. Zylinder,

. 2004 .

Sehen Sie in anderen Wörterbüchern, was eine „PARABOLISCHE ANTENNE“ ist:

Parabolantenne- Eine reflektierende Antenne, deren reflektierende Oberfläche ein Sektor eines Rotationsparaboloids oder eines parabolischen Zylinders ist. Die Antenne wird durch eine Einspeisung angeregt, die sich im Fokus des Spiegels F1 oder auf seiner Brennachse befindet (Abb. P 3) ...

Parabolantenne- parabolinė antena statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: engl. Parabolreflektorantenne vok. Parabolspiegelantenne, f rus. Parabolantenne, f pranc. Parabolische Reflektorantenne, f… Radioelektronikos terminų žodynas

Eine Reflektorantenne (siehe Reflektorantennen), bei der zur Fokussierung elektromagnetischer Energie in die gewünschte Richtung beispielsweise ein Metall oder eine metallisierte Oberfläche mit parabolischer Form als Reflektor verwendet wird... ...

„Käse“-Antenne- Segmentparabolantenne, bestehend aus einem Spiegel in Form eines Parabolzylinders (Halbzylinders) und gegenüber der Einspeiseachse versetzt. [L.M. Newdjajew. Telekommunikationstechnologien. Nachschlagewerk zum erklärenden Wörterbuch Englisch-Russisch. Unter… … Leitfaden für technische Übersetzer

Ein Gerät zum Senden und Empfangen von Radiowellen. Die Sendeantenne wandelt die Energie hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen, die in den Ausgangsschwingkreisen des Funksenders konzentriert sind, in die Energie ausgesendeter Funkwellen um. Verwandlung... ... Große sowjetische Enzyklopädie

Ein Gerät zum Senden und/oder Empfangen von Radiowellen. Die Sendeantenne wandelt die vom Funksender erzeugte elektromagnetische Energie in die Energie abgestrahlter Funkwellen um. Die Eigenschaft des elektrischen Wechselstroms, der durch einen Leiter fließt... ... Enzyklopädie der Technik

- (von lateinisch Antennenmast, Hof) Gerät für Direkt. Strahlung und (oder) Empfang von Radiowellen. A. unterscheiden sich im Bereich der ausgesendeten (empfangenen) Radiowellen (siehe Radiofrequenzen), Frequenzüberlappung (frequenzunabhängig, breitbandig und ... ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch

Der Betrieb von Satellitenantennen, insbesondere solchen, die Fernsehsignale empfangen, basiert auf der optischen Eigenschaft einer Parabel. Eine Parabel ist der Ort von Punkten mit gleichem Abstand von einer Geraden (Leitlinie genannt) und von einem Punkt, der nicht auf der Leitlinie liegt (Fokus genannt). Aus der obigen Definition einer Parabel ist es nicht schwer, die „Schul“-Definition zu erhalten: Eine Parabel ist der Graph einer quadratischen Funktion y=ax^2+bx+c (insbesondere y=x^2).

Formulieren wir die erwähnte optische Eigenschaft einer Parabel. Wenn Sie eine Punktlichtquelle (eine Glühbirne) im Brennpunkt einer Parabel platzieren und diese einschalten, verlaufen die von der Parabel reflektierten Strahlen parallel zur Symmetrieachse der Parabel und die Vorderfront verläuft parallel senkrecht zur Achse sein.

Das Gegenteil ist auch der Fall: Wenn ein Strahlenstrom parallel zur Symmetrieachse auf eine Parabel fällt, werden die Strahlen nach der Reflexion an der Parabel gebündelt, und zwar gleichzeitig, wenn die führende Front des Strahlenstroms vorhanden ist senkrecht zur Achse.

Wenn sich eine Parabel um ihre Symmetrieachse dreht, entsteht ein Rotationsparaboloid – eine Fläche zweiter Ordnung. Für jeden Abschnitt eines Paraboloids durch Ebenen, die durch die Symmetrieachse verlaufen, erhält man gleiche Parabeln mit einem gemeinsamen Brennpunkt, daher hat das Paraboloid auch eine optische Eigenschaft. Wenn Sie den Emitter im Fokus platzieren, verlaufen die von der Oberfläche reflektierten Strahlen parallel zur Rotationsachse. Und wenn Strahlen parallel zu seiner Achse auf ein Paraboloid fallen, dann konvergieren sie nach der Reflexion alle im Fokus.

Die optische Eigenschaft ist die grundlegende Grundlage von Parabolantennen. Antennen können sich drehen, zum Beispiel Parabolantennen auf Flughäfen, die wie „Scheiben“ riesiger Paraboloide geformt sind, sie senden und empfangen Signale. Antennen können stationär sein. Zum letzteren Typ gehören Haushaltsantennen für Satellitenfernsehen („Antennen“): Sie sind auf einen Relaissatelliten ausgerichtet, der sich hoch über der Erde in einer geostationären Umlaufbahn befindet, woraufhin ihre Position aufgezeichnet wird.

Da sich der Satellit weit von der Oberfläche entfernt befindet, können die von ihm am Empfangspunkt der Antenne ausgehenden Strahlen als parallel betrachtet werden. Im Mittelpunkt der Satellitenschüssel steht ein Receiver, von dem aus das Signal per Kabel an den Fernseher gesendet wird.

Die gleiche Idee wird zur Herstellung von Scheinwerfern für Eisenbahnlokomotiven und Autoscheinwerfern verwendet und kann sogar zum Kochen von Speisen auf dem Feld verwendet werden. Die optische Eigenschaft einer Parabel „kennt“ die Welt der belebten Natur. Beispielsweise öffnen einige nördliche Blumen, die in kurzen Sommern und ohne Sonnenlicht leben, ihre Blütenblätter in Form eines Paraboloids, um das „Herz“ der Blume wärmer zu machen. „Parabolisch“ sind alpine und arktische Blumen wie Alpen-Hexenschuss, Gletscher-Bekwichia und Polarmohn. Dank der optischen Eigenschaft einer Parabel wird die Reifung der Samen in solchen Blüten beschleunigt. Eine weitere für Blumen vorteilhafte Folge ihrer parabolischen Eigenschaften ist die Anziehung von Insekten, die gerne in der Blumenschale „aufsaugen“, was sich auf den Prozess der Pollenübertragung (Bestäubung) auswirkt.