Расчет конструктивных параметров пирамидальной рупорной антенны

Содержание

Введение………………………………………………………………...стр.5-6

1. Анализ технического задания………………………………………стр.6

2.Расчет антенны бегущей волны …………………………………….стр.7-9

2.1 Расчет оптимального рупора……………………………………..стр.7-9

2.2 Выбор волновода и расчет возбудителя…………………………стр.10

2.3 Расчет коаксиально-волнового перехода………………………..стр.11

2.4 Расчет поляризатора………………………………………………..стр.12-13

Заключение………………………………………………………………стр.14

Список используемых источников……………………………………..стр.15

3.Чертеж устройства……………………………………………………..стр.16

Введение

Антенна бегущей волны - направленная антенна, вдоль геометрической оси которой распространяется бегущая волна электромагнитных колебаний. Б. в. а. выполняют либо из дискретных излучателей, расположенных вдоль оси на некотором расстоянии друг от друга, либо в виде сплошного излучателя, вытянутого в направлении оси (последний рассматривают как сумму дискретных излучателей, примыкающих один к другому). К первому типу Б. в. а. относят антенну типа «Волновой канал», спиральную антенну и др., ко второму — диэлектрическую антенну Бевереджа антенну и др. Имеются также Б. в. а., состоящие из нескольких элементов, каждый из которых представляет собой Б. в. а. второго типа (Ромбическая антенна и др.). Б. в. а. применяют в приёмных и передающих радиоустройствах на всех длинах волн радиодиапазона.

Б. в. а. имеет максимальное излучение (приём) в направлении её оси. Коэффициент направленного действия Б. в. а. D = kL/λ, где L — длина антенны, λ — длина волны, k — коэффициент, зависящий от направленности действия отдельного излучающего элемента, значения фазовой скорости (См. Фазовая скорость) бегущей волны, соотношения амплитуд токов излучающих элементов и др. Значение k обычно лежит в пределах 4—8. Коэффициент направленного действия получается максимальным при фазовой скорости v бегущей волны несколько меньшей скорости света с и равной: v = с·2l (2L + λ).

Характерные свойства Б. в. а.— осесимметричная форма пространственной диаграммы направленности, т. е. одинаковость формы диаграммы в любой плоскости, проходящей через ось антенны, и сохранение удовлетворительной направленности действия (у большинства Б. в. а.) в широком диапазоне волн. Первое свойство проявляется тем больше, чем больше L/λ и чем осесимметричнее диаграмма направленности каждого излучающего элемента

Под АБВ подразумеваются антенны, выполненные в виде дискретных излучателей или в виде непрерывной излучающей системы, расположенные вдоль прямой линии (вдоль оси Oz), причем распределение фаз и амплитуд по этой линейной антенне определяется законом:

E=E0e-iГz ,

где z – координата точки, лежащей на АБВ, отсчет которой от входа антенны, E0 – амплитудное возбуждение на входе антенны, Г=Г'-iГ'' - комплексное волновое число, Г' - волновое число (постоянная распространения), характеризующее изменение амплитуд вдоль антенны.

Эти антенны имеют коэффициент направленного действия (КНД) менее 100 и основной их особенностью является ограничение КНД, т.е. величина его достигает максимума у «оптимальных» антенн. Уровень первого бокового лепестка оптимальных антенн достигает величины 0,3 от максимального значения.

1.Анализ технического задания

Анализ задания

В данной курсовой работе представлен расчет АБВ с круглым волноводом, на длине волны λ0=9,5 см и Δλ=±5% D0≥24 Wк = 50 Ом. Схематически антенна изображена на рисунке 2.

Рис.1 Общий вид антенны

В процессе синтеза необходимо определить поперечные размеры d, , оптимальную длину Lопт антенны, расстояния 2l1. Также необходимо рассчитать размеры поляризатора l и t, устанавливаемого в апертуре.

2.1 Расчет антенны бегущей волны

Габариты и вес оптимальной антенны минимальны. Поэтому, как правило, рассчитывают оптимальную антенну с заданным D0. Оптимальной антенна будет только на одной длине волны в заданном диапазоне, на остальных она не оптимальна и ее КНД меньше D0. Поэтому расчет излучателя антенны состоит из нескольких шагов.

Рассчитаем Lopt.

θ = 15

D0=38

λ0=7 см

Lopt=λ0*37214*θ^2 ;

Lopt=28.94 см

λmin=λ0-3.5%=6.755 см

λmax=λ0+5%=7.245 см

D(λmin)=7,5*Loptλmin = 39.4

D(λmax)=7,5*Loptλmax = 36.75

Не подходит, так как КНД получившееся при максимальной длине волны не попал в заданные значения.

Корректируем.

Dкор1=D0+D0-D(λmax)=39.25

Рассчитываем Lopt.

Lopt=λ0*Dкор17.5 ;

Lopt=36,63 см

D(λmin)=7,5*Loptλmin = 40,67

D(λmax)=7,5*Loptλmax = 37,92

Проводим коррекцию:

Dкор2=Dкор1+Dкор1-D(λmax)=40,58

Рассчитываем Lopt.

Lopt=λ0*Dкор27.5 ;

Lopt=37,88 см

D(λmin)=7,5*Loptλmin = 42,05

D(λmax)=7,5*Loptλmax = 39.21

Теперь значения соответствуют заданному параметру D0≥38

Рассчитаем коэффициент замедления ζopt.

ξopt=λ02*Lopt+1

ξopt=1.092

Относительная диэлектрическая проницаемость полистирола:

εr=2.55

Рис. 2

vc=1ξ=0.85

dλ=0,4

D = 0.4*λ0= 2.8 см

dmax=λ0π(εr-1)

dmin=0.63∙dmax

Dmax = 3.17 см

Dmin = 2 см

Диаграммы направленности.

(КНД) антенны — отношение квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в данном направлении, к среднему значению квадрата напряженности поля по всем направлениям.

fE,Hθ=sin⁡(kL2(ξ-cosθ)kL2(ξ-cosθfэEfэH ,

где fэEθ=sin⁡(kd2sinθ)kd2sinθcos⁡(θ) , fэHθ=sin⁡(kd2sinθ)kd2sinθ ,

ξ=CVф , k0=2πλ0

Диаграмма направленности в плоскости H на 3-х частотах представлена на рисунке 3.

Рис.3 ДН в плоскости Н

Диаграмма направленности в плоскости E на 3-х частотах представлена на рисунке 4.

Рис.4 ДН в плоскости Е

Расчет коаксиально-волноводного перехода.

Коаксиально-волноводный переход (КВП) необходим в том случае, если генератор или приемник имеет коаксиальный выход, а возбудитель антенны волноводный. КВП должен обеспечить переход высокочастотной энергии из одной линии в другую с минимальными потерями и с коэффициентом отражения не превышающим заданный в рабочем диапазоне частот.

Wк=50 Ом

Rвх=2ρ114hd2π(2r0)2sin2πΛ11HZ0 , где ρ11=120π1-(λ0λкр11H)2 , Λ11H=λ01-(λ0λкр11H)2 ,

где λкр11H=3,41*r0=9.548 , r0- радиус круглого волновода.

r0=1.4 см

Rвх= 50,14 Ом

ρ11=555,56 Ом

Λ11H= 10,32 см

hd=2.05 см 189.86

2.2 Выбор волновода и расчет возбудителя

Волновод выбирают по трем главным параметрам: диапазон частот, пропускаемая мощность, минимальные потери. В волноводе должен существовать только основной тип волны.

Размеры волновода выбирают из условия:

0,6λ0≤a≤0,9λ0

b=0,5a

Где а - размер широкой стенки волновода, b – узкой стенки.

Условие в частотной области: от 2,2 ГГц до 3,3 ГГц

Выберем волновод прямоугольного сечения МЭК-26. Полоса частоты для основной волны у такого волновода от 2,17 ГГц до 3,30 ГГц.

a=86,36 мм

b=43,18 мм

Мощность, при которой произойдет пробой в прямоугольном волноводе на волне Н10 равна:

PпрH10=597ab1-(λ02a)2=1,08 кВт

Рабочая мощность составляет 20-30% от пробивной:

Pp=0,2÷0,3Pпр=0,27 кВт

2.3 Расчет коаксиально-волнового перехода

Известно, что спроектировать КВП можно при условии:

Wk<2WB

Wk=50 Ом- волновое сопротивление коаксиальной линии

WB- волновое сопротивление волновода

WB=120πbξrB a1-(λ2a)2=330,6 Ом

В соответствии с ТЗ был выбран коаксиальный кабель РК50-4-27,С с ξ=1,41

Входное сопротивление вибратора длиною l , излучающего в волноводе, должно быть равным волновому сопротивлению коаксиальной линии:

Rвх=Wk

Входное сопротивление вибратора, излучающего в волноводе, полагают равным его сопротивлению излучения:

Rвх=R∑≅2pBhд2absin2πaX0sin22πΛ0Z0

Где Λ0=λ01-(λ02a)2=0,31 м – длина волны в волноводе, соответствующая λ0

pB=120πΛ0λ0=778,7

hд- действующая высота вибратора в волноводе. Определяется формулой:

hд=λ02π1-cos2πλ0l

Где l – геометрическая длина вибратора, должна быть меньше узкой стенки волновода. Возьмем l = 0,030 м hд=0,016 м

Величину Z0 выбираем в интервале [0,17÷0,25] Λ0 Z0=0,062 м ;

X0=0,021 м

Получаем: R∑=49,83 Ом Rвх

2.4 Расчет поляризатора

Поляризатор преобразует линейную поляризацию в круговую. Поляризатор состоит из двух частей. Первая – превращает исходное линейно поляризованное поле в прямоугольном волноводе в две ортогональные структуры Н01 и Н10 в квадратном волноводе. Вторая часть поляризатора вводит необходимый временной сдвиг по фазе у волн Н01 и Н10 для получения на выходе из рупора поля вращающейся поляризации.

Применительно к рупорным антеннам необходимо учесть, что данный рупор и волновод не квадратные (А≠В и a≠b), тогда фазовые набеги ортогональных структур оказываются разными. При проектировании поляризатора эту разницу необходимо учесть.

Набеги фазы возникающие в прямоугольном рупоре для полей Н01 и Н10 можно рассчитать следующим образом:

Н01=2πlλ0f(UB)-f(Ub)UB-Ub

Н10=2πlλ0f(UA)-f(Ua)UA-Ua

Для излучения круговой поляризации должно быть:

ΔφВ+Δφр+Δφпол=π2

Где ΔφВ- фазовый набег в прямоугольном волноводе,

Δφр- фазовый набег в рупоре,

Δφпол- фазовый набег в поляризаторе.

Фазирующая секция, при установке в апертуре, представляет собой рамку с размерами А ×В и высотой l .Внутри рамки закреплены тонкие металлические пластины высотой l расположенные под углом 450 по отношению к вектору Е0 в рупоре.

Для получения 900 сдвига полей Еn и Еτ на выходе из фазирующей секции высоту пластин рассчитывают по формуле:

l=π2(kn-kτ)

В соответствии с ТЗ выбирается более широкополосный поляризатор, выполненный на диэлектрических пластинах. В качестве диэлектрика используем полистирол с диэлектрической проницаемостью ξr=2,6 Толщину пластин выбирают из условия:

t≤λ03

t=0,04 м

А располагают на расстоянии:

aф~t

aф=0,04 м

Тогда для компоненты Еn диэлектрическая проницаемость будет равна:

ξnr=2ξrξr+1=1,44

А для Еτ:

ξτr=ξr+12=1,8

В формуле для высоты пластин:

kτ=k0ξτr=56,2 м-1

kn=k0ξnr=50,3 м-1

l=0,027 м

Заключение

В данной курсовой работе был произведен расчет конструктивных параметров пирамидальной рупорной антенны. Также была рассчитана и построена диаграмма направленности антенны в главных плоскостях. В соответствии с техническим заданием был рассчитан поляризатор круговой поляризации с учетом фазовых набегов. В заключение работы, рассчитав все указанные параметры, сделан чертеж заданной антенны.

Список используемых источников

Гончаренко В.М., Каменев В.Г. Проектирование антенн СВЧ. Учебное пособие МИРЭА. – 2006. – 92 с.

Нефёдов Е.И. Устройства СВЧ и антенны. – М.: Центр Академии, 2009. – 384 с.

Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радиотехника, 2006. – 376 с.

Ефремов И.Е., Шермина Г.А. Волноводные линии передачи. - М.: Связь, 1979. – 232 с.

Ротхаммель К. Энциклопедия современных антенн. - М.: ДМК Пресс, 2010. т1, т2. – 416с.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

В данной курсовой работе был произведен расчет конструктивных параметров пирамидальной рупорной антенны. Также была рассчитана и построена диаграмма направленности антенны в главных плоскостях. В соответствии с техническим заданием был рассчитан поляризатор круговой поляризации с учетом фазовых набегов.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Патриотическое воспитание дошкольника в современных условиях

Патриотизм – это и преданность своему Отечеству, актуальность проблемы заключается в том, что современные дети мало знают о родном городе

Бизнес-планирование

Теоретические основы бизнес-планирования. Структура и содержание бизнес-плана. Бизнес-план представляет собой результат комплексного исследования различных сторон деятельности фирмы.

Передача размера единицы величины

Воспроизведение единиц физических величин с наивысшей точностью осуществляется посредством государственных первичных или специальных эталонов. Основные положения о поверочных схемах.

Орфоэпия. Ответы

ЕГЭ тесты по орфоэпии с ответами. В каком слове буква, обозначающая ударный гласный, выделена верно? См. помеченные правильные ответы.

Правление Александра I (1801 - 1825 гг.).

В ночь на 12 марта 1801 г., в результате последнего в истории России дворцового переворота группой заговорщиков был убит император Павел I. Новым императором стал его сын Александр.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok