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 →

Файл

kursach_USVCh_MAMAEV.docx

kursach_USVCh_MAMAEV.docx
Размер: 131.9 Кб

.

Пожаловаться на материал

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:

Договор доверительного управления имуществом: понятие, элементы, содержание

Договор найма жилого помещения: понятие, элементы, содержание. Договор социального найма: понятие, элементы, содержание

Основы безопасности жизнедеятельности

Основы безопасности жизнедеятельности ОБЖ в Казахстане. Экологические факторы национальной безопасности, борьба с терроризмом, экологической экспертизы. Экологический паспорт предприятия

Ділова етика підприємництва

Етика спілкування шляхом телефонних розмов 2. Етикет привітання, представлення, прийомів та переговорів 3. Етичні норми реклами

Ішкі істер бөлімі қызметкерлерінің ресурстық жағдайын экстремалды ситуацияларда зерттеудің ерекшеліктері

Дипломдық жұмыс. Педагогика және психология. Ішкі істер бөлімі қызметкерлерінің ресурстық жағдайын зерртеудің теориялық тәсілдері. Ішкі істер бөлімі қызметкерлерінің ресурстық жағдайының эксперименталды – психологиялық зерттеуі.

Технологическая подготовка производства

Методы процессов технологической подготовки производства. Этапы технологической подготовки. Организация технологической подготовки. Технологичность конструкции изделия. Методы сравнения технологических процессов.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok