Курсовые по Устройствам СВЧ и антеннам (_Курсач_gg)

Посмотреть архив целиком

Введение.


В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона.

Зеркальные антенны являются антеннами оптического типа. Они состоят из слабонаправленного облучателя и металлического отражателя (зеркала). Форма поверхности зеркала выбирается такой, чтобы сферический фронт волны, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт волны. Лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности шириной от десятка градусов до долей градуса.

Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости.

Зеркальные антенны нашли широкое применение благодаря следующим свойствам: сравнительно простоте конструкции, надежности работы, хорошим диапазонным свойствам, способности формировать диаграммы направленности различной формы и ряда других положительных особенностей.

Однако зеркальные антенны обладают рядом существенных недостатков: затенение облучателем поля зеркальной антенны, механический способ сканирования, который является единственно возможным в однозеркальных антеннах, не обеспечивает высокой скорости управления диаграммой направленности при большом весе и сложности механизма вращения, уровень боковых и задних лепестков в диаграмме направленности однозеркальных антенн трудно поддается ослаблению.


Анализ задания.


В процессе проектирования необходимо выбрать оптимальную схему и тип облучающей системы, определить геометрические размеры зеркала, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, рассчитать диаграмму направленности антенны, её коэффициент усиления, коэффициент полезного действия и разработать конструкцию в целом.

Рупорный облучатель является наиболее распространенным облучателем зеркальных антенн сантиметрового диапазона. Объясняется это возможностью получения диаграммы направленности заданной ширины в обеих плоскостях, большой диапазонностью и простотой их конструкции. Однако применение данного облучателя осложняется тем, что волновод, питающий рупор, вызывает заметное затенение зеркала и искажает диаграмму направленности антенны. Облучатель зеркальной антенны имеет фазовый центр, который располагается в фокусе параболоида вращения.


Стационарная зеркальная антенна

Исходные данные


Рабочая длина волны: = 3,2 см.

Ширина диаграммы направленности одинаковая в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Допустимый уровень боковых лепестков: q = -23 дБ.

Полоса частот: 2%

Коэффициент направленного действия (коэффициент усиления): D=32 дБ

Коэффициент эллиптичности поля в случае вращающейся поляризации: 0.8

Сектор механической установки луча в обоих плоскостях обеспечивает прием геостационарного спутника в центральной полосе РФ

Тип облучателя рупорный

Длина линии передачи 1.5 м

Минимально допустимая величина КСВ 1.25

Антенна применяется для индивидуального приема ТВ, устанавливается на крышах, стенах, балконах зданий.


Расчёт основных характеристик и геометрических размеров антенны.



Геометрические размеры зеркала:

По уровню боковых лепестков выбираем закон изменения поля в раскрыве зеркала:

0 - нормированное значение поля на краю раскрыва.

Радиус параболоида определим через коэффициент направленного действия, предварительно перейдя от дБ к разам:

10lgD=32

D=1584

где g - коэффициент использован6ия поверхности антенны, или эффективность g=0,6

R=26,2 см

S=R2=2156,5 см2 - площадь раскрыва зеркала.

При указанном амплитудном распределении, ширина диаграммы направленности: 2767*/2R.

27=4

При аппроксимации диаграммы направленности рупорного облучателя функцией cosn() максимальная эффективность зеркальной антенны g=0,82 достигается при =65, если n=1.

2-угол раскрыва зеркала.

Фокусное расстояние зеркальной антенны:

f=20,6 см.


Глубина зеркала:

h=6,6см.


Диаграмма направленности рупорного облучателя:


Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркальной антенны пропорционально диаграмме направленности облучателя.

Координата раскрыва зеркала, соответствующая углу , рассчитывается так:

Исходя из этого, получаем формулу для расчета диаграммы направленности облучателя:

Диаграмма направленности рупорного облучателя, построенная по известному закону изменения поля в раскрыве зеркала:



Ширина диаграммы направленности рупорного облучателя: 257

Для обеспечения вращающейся поляризации возьмем рупор с волной типа Н11, т.е. квадратный рупор


Найдём размеры раскрыва рупора с оптимальной длинной

в плоскости Н: в плоскости Е:

a =2,5 см. b =2,5см.


Зная размеры раскрыва рупорного облучателя, построим амплитудную диаграмму направленности рупора в плоскости Е, в построении диаграммы направленности нет надобности, т.к. продольные и поперечные размеры рупора совпадют


Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е:





Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е, построенная в полярной системе координат, и её аппроксимация функцией при n=1:


Амплитудное распределение поля вдоль зеркала:


Е(х)-амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя имеет вид:

,где F()-диаграмма направленности облучателя:

Значение угла , соответствующее координате раскрыва зеркала x, рассчитывается так:

После подстановки, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала принимает вид:



A(x) - аппроксимирующая функция.

Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, построенное в зависимости от

Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, построенное в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя, практически совпадает с аппроксимирующей функцией, что свидетельствует о правильном выборе самой аппроксимирующей функции и геометрических размеров зеркальной антенны.

Диаграмма направленности зеркальной антенны:

Диаграмма направленности антенны при =0=3,2 см.



Ширина диаграммы направленности: 24,02.


Уровень боковых лепестков: q = -23 дБ.



Диаграмма направленности антенны при =+5%=3,36 см.

Ширина диаграммы направленности: 24,16.

Уровень боковых лепестков не изменился.



Диаграмма направленности антенны при=5%=3,04 см.

Ширина диаграммы направленности: 23,92.

Уровень боковых лепестков не изменился.



При изменении рабочей длинны волны в пределах заданной полосы частот происходит незначительное расширение(сужение) диаграммы направленности при сохранении уровня боковых лепестков.



Коэффициент полезного действия антенны (КПД):

Так как диаграмма направленности рупорного облучателя симметрична относительно оси антенны и может быть аппроксимирована функцией cosn(), при n=1, то коэффициент полезного действия антенны () равен:

cos2n+1(0)

= 0,925


Точность изготовления антенны:

Технические допуски на точность изготовления зеркальных антенн определяются допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного. Источниками фазовых ошибок в раскрыве антенны могут быть:

  1. отклонение формы зеркала от расчетной;

  2. смещение фазового центра облучателя из фокуса параболоида;

  3. отклонение волнового фронта поля облучателя от сферического;


При отклонении реального профиля зеркала от расчетного на величину  фазовая ошибка , возникающая в раскрыве зеркала, равна:

При <, искажения диаграммы направленности будут незначительны, откуда получаем следующий допуск на точность изготовления зеркала:

Максимальная точность выполнения профиля зеркала должна быть у вершины:

 0,2 см


При смещении из фокуса фазового центра облучателя вдоль оси параболоида, в раскрыве зеркала возникает ошибка:

Полагая <, получаем допустимое смещение облучателя из фокуса:

, где 0=65 - угол раскрыва зеркала.


 0,693 см


При смещении облучателя вдоль оси параболоида фазовая ошибка в раскрыве зеркала имеет квадратичный характер. Поэтому направление основного лепестка диаграммы направленности остается неизменным, увеличивается лишь его ширина и возрастает уровень бокового излучения.

При небольшом смещении облучателя в направлении, перпендикулярном оси параболоида, в раскрыве зеркала возникает линейная фазовая ошибка, что приводит к отклонению диаграммы направленности зеркальной антенны от оси параболоида в сторону, противоположную смещению облучателя, на угол

=1,49.

Форма диаграммы направленности при этом не меняется, так как <2,

где 24 - ширина диаграммы направленности антенны при несмещенном облучателе.



Расчет фидерного тракта антенны.


Параметры прямоугольного волновода:


В качестве фидерной линии в сантиметровом диапазоне волн применим прямоугольный (квадратный) волновод с волной Н11. Поперечное сечение такого волновода имеет вид:


(квадратный) волновод с волной Н11. Поперечное сечение такого волновода имеет вид:












При этом критическая длинна волны определяется так: кр=2а.

Выбирая размеры поперечного сечения волновода, исходят из условия нахождения основной волны Н11 в докритическом режиме, а высших типов волн, в частности Н20 и Н01, в закритическом режиме. Из этих условий следуют неравенства:

размер обоих стенок: 0,6<a<0,9.; 1.93см<a<2,88см, а=b

Размеры a и b волновода: a=25 мм; b=25мм.

Материал стенок волновода - латунь.

Толщина стенок волновода 1мм.


Максимальная (предельная) мощность, пропускаемая волноводом с волной Н11, определяется соотношением:

Епред=30 кВ/см - напряженность электрического поля, при которой происходит пробой в воздухе.

Рпред 2862 кВт.


Допустимой мощностью называют предельную мощность пропускания, умноженную на коэффициент запаса электрической прочности, учитывающий неоднородности, вызывающие местные концентрации электрического поля, климатические факторы и наличие стоячей волны. Допустимая мощность Рдоп определяется как: Рдоп = (1/3…1/5)Рпред.

Рдоп=572,4 кВт.












Возбуждение волновода

Волновод возбуждаем двумя взаимно перпендикулярными стержнями, отношение между амплитудами возбуждения равно 1, возбуждение к штырю подводится коаксиальным кабелем. Найдем фазовый угол ψ , через него определим расстояние между стержнями.

, где r коэффициент эллиптичности поля в случае вращающейся поляризации

Расстояние от штыря до закарачивающей стенки возьмем

Выбираем в качестве делителя мощности микрополосковый делитель мощности, т.к. принимаемая мощность антенны очень мала. Он представляет собой диэлектрическую пластину. В качестве диэлектрика возьмем фторопласт. В соответствии с гл. 15.6 уч. пособия "Антенны и устройства СВЧ. Проектирование ФАР" выбираем определяющие размеры двухплечевого делителя мощности













Сопротивление излучения штыря в нашем волноводе в режиме бегущей волны:




Список литературы.


  1. Расчет антенн СВЧ. Пособие к курсовому проектированию под редакцией Воскресенского Д. И, часть 1. МАИ, 1973.

  2. Расчет антенн СВЧ. Пособие к курсовому проектированию по антенно-фиддрным устройствам. под редакцией Воскресенского Д. И, часть 2. МАИ, 1973

  3. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование ФАР подредакцией Воскресенского Д.И. "Радио и Связь" 1994.

  4. Фельдштейн, Явич. Справочник по элементам волноводной техники. «Советское радио», 1967.

  5. Воскресенский, Гостюхин, Пономарев, Максимов. Антенны и устройства СВЧ. МАИ, 1999.





Случайные файлы

Файл
1563.rtf
20.doc
91602.rtf
8870.rtf
43458.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.