Описание алгоритма и особенностей программы

Макет лабораторной работы «Исследование принципов построения и характеристик антенных систем базовых станций мобильной связи» представляет собой программу (см. Приложение Б), написанную в программной среде MathCAD — математически ориентированной универсальной системе. Программа позволяет производить расчеты и моделирование характеристик излучения панельных антенн базовых станций мобильной связи в виде плоской антенной решетки. Расчет и анализ характеристик излучения производится в зависимости от количества, геометрических параметров антенных элементов, их расположения в плоской антенной решетки и основан на использовании инженерных (приближенных) формул.

Главными особенностями программы, определяемые в первую очередь возможностями программной среды MathCAD являются: осуществление вычислений с использованием специальной системы символов наиболее приближенных к традиционной форме записи; проведение сложных вычислений и осуществление в соответствии с ними построения графиков.

Алгоритм работы с программой состоит в следующем:

1) Запуск программной среды MathCAD на персональном компьютере, установленном на рабочем месте (включение персонального компьютера и запуск программной среды MathCAD осуществляет преподаватель).

2) Открытие файла «СМЗ M1 Антенны базовых станций. xmcd» (местонахождение файла «СМЗ M1 Антенны базовых станций. xmcd» указывает преподаватель.

3) Проверка результата решения домашней задачи (в случае несоответствия результата, требуемый КУ антенны базовой станции мобильной связи пересчитывается с использованием программы).

4) Ввод исходных данных (местонахождение исходных данных в программе иллюстрируется на рисунке 1).

Рис.1. Ввод исходных данных

5) Ввод численного значения переменной, определяющей расстояния между антенными элементами на этаже антенной решетки в пределах d_m=0,1λ...0,5λ (местонахождение переменной, определяющей расстояние между антенными элементами в программе, иллюстрируется нарисунке 2).

 

Рис.2. Ввод численного значения переменной, определяющей

расстояния между антенными элементами на этаже антенной решетки

 

6) Расчет ДН антенны в Н-плоскости (расчет и построение графика ДН антенны в Н-плоскости в полярной системе координат по заданным данным осуществляется в программе автоматически).

7) Измерение ширины главного лепестка ДН антенны по уровню половинной мощности в Н-плоскости. Процедура измерения ширины главного лепестка ДН антенны по уровню половинной мощности поясняется на рисунке 3, в частности:

— выделение рисунка — I (выделение рисунка осуществляется нажатием левой кнопкой «мышки» при нахождении курсора на рисунке);

— открытие окна «Polar Trace» (открытие окна «Polar Trace» осуществляется последовательным выполнением следующих действий: активизация пиктограммы «Graph Toolbar» — II, в результате чего появляется окно «Graph»; активизация пиктограммы «Trace» в окне «Graph» — III, в результате чего появляется окно «Graph Toolbar»;

Рис.3. Определение ширины ДН антенны

 

— измерение угловой координаты φ₁ одной из точек пересечения ДН антенны (красная кривая) и окружности радиусом 0,707 (синяя кривая) (выделение интересуемой точки на графике осуществляется нажатием левой кнопкой «мышки» при нахождении курсора на этой точке, что приводит к появлению пунктирной линии, проходящей через центр системы координат и интересуемую точку — IV, в результате в окне «Polar Trace» появляются полярные координаты точки пересечения кривых — V);

— измерение угловой координаты φ₂ другой точки пересечения ДН антенны (красная кривая) и окружности радиусом 0,707 (синяя кривая) (процесс аналогичен вышеописанному);

— определение ширины главного лепестка ДН антенны по уровню половинной мощности (с учетом расположения ДН антенны в полярной системе координат и отсчета углов в данной системе ширина главного лепестка ДН антенны по уровню половинной мощности определяется по формуле 2∆φ_0,707 =⃒ φ₁ – (φ₂ - 360) ⃒, град.)

8) Подбор оптимального расстояния между антенными элементами на этаже антенной решетки (изменяя расстояние d_m⁄ λ (см. п. 5)) и проводя последующее измерение ширины ДН антенны в Н-плоскости (см. п. 7)) нужно добиться, чтобы 2∆φ_0,707 соответствовало заданному значению).

9) Определение количества этажей в антенной решетке (вычисление количества этажей в антенной решетке по заданным и рассчитанным данным, а также округление полученного результата до целого числа осуществляется в программе автоматически).

10) Определение линейного фазового сдвига источников возбуждения (определение линейного фазового сдвига источников возбуждения по заданным данным осуществляется в программе автоматически).

11) Расчет ДН антенны в Е-плоскости (расчет и построение графика ДН антенны в Е-плоскости в полярной системе координат по заданным данным осуществляется в программе автоматически).

12) Измерение ширины главного лепестка ДН по уровню половинной мощности в Е-плоскости и уточнение угла наклона ДН (процедура измерения ширины ДН антенны по уровню половинной мощности в Е-плоскости и уточнение угла наклона главного лепестка ДН аналогичны

 

Рис.4. Ввод численных значений ширины главного

лепестка ДН в Е- и Н-плоскостях

вышеописанной (см. п. 7) с учетом формулы 2∆θ_0,707 = ⃒θ₁ − θ₂⃒, град.).

13) Определение уточненного значения КУ панельной антенны (после ввода полученных данных, а именно 2∆ϕ0,707 (см. п.7)) и 2∆θ0,707 (см. п.12)), определение КУ антенны по рассчитанным данным осуществляется в программе автоматически). Местонахождение вводимых данных в программе иллюстрируется на рисунке 4.

Содержание отчета

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

1) Титульный лист установленного образца.

2) Цель работы.

3) Задание на домашние исследования и их результаты.

4) Задание на лабораторные исследования и их результаты.

5) Выводы.

Выводы по работе должны включать как констатируемую часть, отра-жающую основные полученные результаты, так и аналитическую, в которой проводится сравнительный анализ данных теоретического и экспериментального исследований, а также объяснение полученных результатов.

Лабораторная работа №7