Министерство
общего и профессионального образования Российской Федерации
РГРТА
Кафедра Радиоуправления и Связи
Курсовая
работа
НА ТЕМУ:
«РЕШЕТКА ИЗ РУПОРНЫХ
АНТЕНН С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ КАЧАНИЕМ ЛУЧА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ»
Выполнил студент
группы 816
Шлома Николай
Владимирович
Проверила
Рендакова Валентина
Яковлевна
Рязань, 2006 г.
Содержание
Введение
Теоретическая
часть
Расчет
основных параметров и характеристик антенны
Расчет
параметров одиночного излучателя
Расчет
параметров решетки
Заключение
Список
используемой литературы
Введение
Область
применения антенных устройств и устройств сверхвысоких частот (СВЧ)
чрезвычайно велика. Антенно-фидерное устройство является неотъемлемой частью
любой радиотехнической системы. В диапазоне СВЧ антенны создают
остронаправленное излучение с шириной луча в единицы и доли градусов и имеют
коэффициент усиления, достигающий десятков и сотен тысяч. Это позволяет
использовать антенну не только для излучения и приема радиоволн, но и для пеленгации
(в радиолокации, навигации, радиоастрономии), борьбы с помехами, обеспечения
скрытности работы радиосистемы и для других целей.
В настоящее время широкое распространение получили остронаправленные
сканирующие антенны СВЧ (антенные решетки). Сканирование позволяет
осуществлять обзор окружающего пространства, сопровождение быстродвижущихся
объектов и определение их угловых координат.
Современные антенны являются сложнейшими устройствами, причем их
характеристики предопределяют основные параметры разрабатываемых радиосистем.
Это приводит к тому, что расчетом основных характеристик антенн и устройств
СВЧ приходится заниматься не только специалистам в этих областях, но и
разработчикам радиосистем. Таким образом, проектирование (разработка)
современного антенно-фидерного устройства представляет собой сложный творческий
процесс коллектива специалистов.
Теоретическая
часть
Рупорные антенны являются простейшими антеннами СВЧ - диапазона. Они
могут применяться как самостоятельно, так и в качестве элементов более сложных
антенн. Рупорные антенны позволяет формировать диаграммы направленности (ДН)
шириной от 100-140° до 10-20°. Возможность дальнейшего сужения ДН
ограничивается необходимостью резкого увеличения длины рупора. Рупорные
антенны являются широкополосными, они обеспечивают примерно полуторное перекрытие
по диапазону. Возможность изменения рабочей частоты в еще больших пределах
ограничивается возбуждением и распространением в питающем волноводе высших
типов волн. Коэффициент полезного действия рупора - высокий («100 %).
Включение в волноводный тракт фазирующей секции или в раскрыв поляризационной
решетки обеспечивает создание поля с круговой поляризацией. Для формирования
узких ДН могут быть использованы двумерные решетки из небольших рупоров.
Расчет
основных параметров и характеристик антенны
Для удобства
для всех параметров введем индекс, определяющий плоскость (Е или Н), для
которой рассчитывается параметр. Пусть i = 1 для Е плоскости, i = 2 для Н плоскости.
Расчет
параметров одиночного излучателя
Анализ
задания
По заданию
одиночный излучатель – рупор с раскрывом см
Длина волны: см
Выбор
питающего волновода
Т. к. раскрыв рупора
задан и имеет прямоугольную форму, то нам целесообраз-но выбрать волновод
прямоугольной формы. Из условия распространения в волноводе только основного
типа волны Н10,
а также из заданной
мощности в антенне (Р=2кВт), из справочника выберем волновод:
наименование :
R140
габариты : a x b = 15,8 x 7,9 [мм]
Расчет
длинны рупора
Длину рупора
характеризуют два размера: h – расстояние от раскрыва до горловины рупора, одинаковое в
плоскостях Е и Н, h1 и h2 – расстояние от раскрыва рупора до точки, в которой сходятся
ребра пирамидального рупора в плоскостях Е и Н соответственно.
где а1, а2 –
заданные размеры раскрыва рупора.
Т. к. длины
рупора в плоскостях Е и Н сильно отличаются, необходимо выполнить уравнение
стыковки, которое имеет следующий вид:
h2>h1 следовательно, считаем h2 постоянным и решаем
уравнение относительно h1
Найдем также
углы расхождения ребер рупора.
Определение
фазовых ошибок
Максимальная
ошибка в раскрыве определяется геометрическими
размерами рупора и ее допустимая величина должна удовлетворять условиям:
в плоскости Е
и Н соответственно. В нашем случае ошибки будут равны:
Фазовые
ошибки меньше допустимых. Это позволяет нам оставить выбранные размеры рупора и
продолжить расчет.
Расчет
коэффициента отражения
Так как длина
рупора и его раскрыв в обеих плоскостях много больше длины волны, то
коэффициентом отражения от горловины и от раскрыва рупора можно пренебречь и не
учитывать в дальнейших расчетах.
Ширина
диаграммы направленности по уровню половинной мощности
Диаграммы
направленности рупора
В плоскости XZ т. е. в Е-плоскости:
В плоскости YZ т. е. в H-плоскости:
Расчет
коэффициента направленного действия и коэффициента усиления
Качество
антенн характеризуется коэффициентом усиления антенны, равным произведению
коэффициента натравленного действия (КНД) на коэффициент полезного действия
(КПД) антенны.
Для рупорных антенн можно
считать, что мощность потерь значительно меньше мощности излучения, благодаря
чему КПД антенны можно принять равным единице.
- КНД антенны
(одиночного излучателя),
где - площадь
раскрыва
Анализ
полученных результатов
В данном разделе в
соответствии с заданием мы рассчитали одиночный излучатель антенной решетки с
КПД равным единице, КНД равным . Его габариты:
При данных размерах
фазовые ошибки не превысили допустимые.
Данный излучатель имеет
узкую характеристику направленности (, ) и низкий уровень боковых
лепестков.
Энергия от генератора в
рупор поступает через волновод R140 ()
Расчет
параметров решетки
Анализ
задания
Число
излучателей: ;
Качание луча
в горизонтальной (в Н) плоскости;
Отклонение
луча от нормали:
Остальные,
необходимые нам для расчета данные (КНД), рассчитаны в предыдущем
разделе.
Сканирование пространства
будем производить в плоскости Е т.к. в раскрыве одиночного излучателя в плоскости
Е равно амплитудное распределение
Расчет
расстояния между излучателями
Расстояние
между излучателями выбирают из условия отсутствия дифракционных лепестков в
диаграмме направленности решетки.
где – уровни
первых нулей в диаграмме направленности в Н и Е плоскости соответственно. Тогда
эти
расстояния нам не подходят, т. к. они меньше размеров раскрыва рупора, поэтому
примем их равными
Расчет
размеров решетки
Расчет
диаграммы направленности решетки
Диаграмма
направленности решетки записывается по следующей формуле:
где и - диаграммы
направленности одиночного излучателя, и - множители системы в плоскостях
Е и Н соответственно.
где - волновое
число
Рис. 5. Диаграммы
направленности: а) в плоскости Е, б) в плоскости Н
1 – ДН
одиночного излучателя; 2 – множитель системы; 3 – ДН решетки
Расчет
КНД решетки
Анализ
полученных результатов.
При
максимальном отклонении луча от нормали ( – дано) уровень главного лепестка
уменьшается примерно в 4 раза. Это обусловлено направленными свойствами
пирамидального рупора. Появление боковых лепестков в плоскости Н обусловлено
большим расстоянием между излучателями.
Питание
решетки
Все
излучатели запитываются от одного генератора через волноводный тракт. Деление
энергии происходит сначала по столбцам, а затем по строкам.
На все рупоры столбца
поступает синфазное напряжение т. к. качание в вертикальной плоскости не
требуется.
Замечания
к конструкции
Излучатели крепятся к
рейкам (на рисунке выделено зеленым и красным)
Вся антенна (кроме
излучающей поверхности) для защиты от повреждений закрывается металлическим или
диэлектрическим кожухом. Излучающая поверхность закрывается диэлектрическим
экраном для защиты от попадания влаги и посторонних предметов в раскрыв
излучателей, а также для уменьшения парусности антенны.
антенна волна экран
Заключение
В результате проделанной
работы получили антенную решетку с характеристиками, удовлетворяющими заданные.
Список используемой
литературы
1.
Воскресенский
Д.И. Антенны и устройства СВЧ. М.: Сов. радио, 1972.
2.
Елумеев
В.И., Касаткин А.Д., Рендакова В.Я. Устройства СВЧ и антенны: Методические
указания по курсовому проектированию. Рязань: РГРТА, 1998
3.
Фельдштейн
А.Л. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Сов. радио, 1967.
Другие работы по теме:
Отклонение Электрона электрическим и магнитным полями
Отклонение пучка электронов может быть вызвано с помощью отклоняющих систем. Основное назначение отклоняющих систем состоит в пространственном перемещении сфокусированного электронного луча. Есть два принципиально различных типа отклоняющих систем: электростатическая, в которой отклонение электронного луча осуществляется поперечным (по отношению к вектору скорости электронов) электрическим полем, и магнитная, использующая поперечное магнитное поле.
Слабонаправленные антенны
Исследование слабонаправленных антенн. Цель работы: исследование слабонаправленных антенн пирамидальной рупорной и диэлектрической стержневой. Ознакомление с конструкциями антенн. Расчет и экспериментальное определение их основных характеристик.
Виды грохота
вибрационный грохот с эксцентриковым валом, применяющийся для грохочения на ситах любой крупности. Он состоит из рамы 1, подвешенной на четырех тягах 4. К раме прикреплены подшипники вала 5, имеющего эксцентриковые шейки. Сама рама, к которой крепятся сита 2, установлена под углом 15—20° к горизонтальной плоскости и удерживается амортизаторами 3.
Разработка диэлектрической стержневой ФАР
Определение геометрических параметров антенной решетки. Расчет диаграммы направленности диэлектрической стержневой антенны. Расчет диаграммы направленности антенной решетки. Выбор и расчет схемы питания антенной решетки. Выбор фазовращателя.
Теорема 15.2
Теорема 15.2. Если две точки прямой принадлежат плоскости, то вся прямая принадлежит этой плоскости. Доказательство . Пусть данная прямая и @ — данная плоскость. По аксиоме I существует точка
Кривые линии и поверхности
Министерство образования Российской Федерации Рязанская Государственная Радиотехническая Академия Кафедра НГЧ Реферат по инженерной и компьютерной графике
Методы преобразования комплексного чертежа
Четыре основные задачи, решаемые методами преобразования. Сущность способа замены плоскостей проекций. Решение ряда задач по преобразованию прямой общего положения в прямую уровня, а затем - в проецирующую, выполнив последовательно два преобразования.
Построение теней
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ КАЗАХСКАЯ ГОЛОВНАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНА АКАДЕМИЯ
Плоскости и их проекции
Понятие плоскости и определение ее положения в пространстве. Задание плоскости ее следами на комплексном чертеже. Плоскости и проекции уровня. Свойство проецирующих плоскостей собирать одноименные проекции всех элементов, расположенных в данной плоскости.
Перпендикулярность геометрических элементов
Теорема о проецировании прямого угла, возможные три случая такого проецирования. Главные линии плоскости: линии уровня и линии наибольшего наклона. Прямая, перпендикулярная к плоскости и ее проекции. Условие взаимной перпендикулярности двух плоскостей.
Гравитационное поле горизонтальной полуплоскости
Вертикальный уступ в реальных геологических условиях соответствует вертикальному сбросу, выклиниванию горизонтальных пластов различной плотности, границе крупного интрузивного образования на контакте с осадочными породами и т.п.
Задание физического формата вселенной
Расстояние между двумя объектами как бы далеко друг от друга они не находились, может быть выражено посредством отрезка. Применительно к данному аспекту, посредством отрезка состоящего из бесконечного количества точек.
Закон отражения света
Отраженный и падающий лучи лежат в плоскости, содержащей перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения, и угол падения равен углу отражения.
Исследование рупорных антенн
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Кафедра Радиотехники Дисциплина: Антенно-фидерные устройства КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
Слабонаправленные антенны
Исследование слабонаправленных антенн. Цель работы: исследование слабонаправленных антенн пирамидальной рупорной и диэлектрической стержневой. Ознакомление с конструкциями антенн. Расчет и экспериментальное определение их основных характеристик.
Оптимальная волноводно-щелевая решетка
Щелевые волноводные антенны, выполненные на основе прямоугольного, круглого, змейкового, спирального и других типов волноводов. Выбор размеров волновода. Расчет антенной решетки: длина антенны и проводимость одной щели, диаграмма направленности.
Особенности устройства антенны
Расчет размеров и параметров рупорной антенны. Линия передачи - фидерный тракт антенны. Вычисление КПД антенно-фидерного тракта и мощности передатчика. Эксплуатация антенно-фидерного устройства. Определение типа волновода исходя из размеров сечения.
Линейка из рупорных антенн
Проектирование линейки из волноводно-рупорный антенны: произведение расчета одиночного рупора и фазирующей секции, построение диаграммы направленности простейшего излучателя СВЧ-диапазона. Рассмотрение строения и принципа работы данной конструкции.
Исследование рупорных антенн
Принцип действия рупорных антенн, расчет диаграммы направленности рупорной антенны на заданной частоте. Освоение методики измерения диаграммы направленности, поляризационной диаграммы рупорной антенны и коэффициента стоячей волны в фидерной линии.
Зеркальная антенна РЛС
Преимущества зеркальных антенн, использование зеркала с параболической формой поверхности. Геометрические параметры зеркала и облучателя. Профиль зеркала, облегчение его конструкции. Допуски на точность установки облучателя в фокусе, описание конструкции.
Вибраторная антенная решетка
Расчет вибраторных фазированных антенных решеток с расширенным углом сканирования. Общая характеристика излучателя антенной решетки. Основной способ питания излучателя. Расчеты диаграммы направленности излучателя. Расчеты амплитудного распределения.
Синфазная решетка из рупорных антенн
Расчет параметров синфазной решетки из рупорных антенн: размеры волновода и рупора, габариты решетки, количество излучателей. Анализ графиков: единичного излучателя, множителя системы и решетки. Структурная схема питания рупоров от общего генератора.
Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена
Роль малого зеркала. Расчет геометрических параметров двухзеркальной антенны Кассегрена, параметров облучателя. Соотношение радиуса волновода и критической длины волны. Максимальная фазовая ошибка на краях апертуры. Амплитудное распределение в раскрыве.
Построение линейной решетки вибраторных антенн
Современные радиотехнические средства. Расчет параметров одного излучателя и антенной решетки. Конструктивная схема вибраторного излучателя. Коаксиально – полосковые переходы и дискретный фазовращатель. Полосковый делитель и кольцевой делитель мощности.
Диэлектрическая линзовая антенна
Антенные устройства, краткие теоретические сведения. Конструкция диэлектрической линзовой антенны. Расчёт диаграммы направленности антенны, параметров линзы и облучателя. Законы распределения поля вдоль поверхности линзы. Геометрические параметры линзы.
Однопроводная антенна бегущей волны
Расчет характеристик антенны бегущей волны (антенны Бевереджа), используемой в КВ диапазоне. Работа антенны бегущей волны, ее зависимость от качества заземления. Схема подключения "земляных" проводов. Конструктивное выполнение антенны, ее нагрузка.
Линейная решётка рупорных антенн
Антенно-фидерное устройство как неотъемлемая часть любой радиотехнической системы. Основные электрические и геометрические параметры линейной решётки рупорных антенн и её элементов. Диаграмма направленности, поляризация и полоса пропускания антенны.
Линейная решетка спиральных антенн с электронным сканированием
Линейная решетка с цилиндрической спиральной антенной в качестве излучателя. Применение антенных решеток для обеспечения качественной работы антенны. Проектирование сканирующей в вертикальной плоскости антенной решетки. Расчет одиночного излучателя.
Линейная решетка вибраторных антенн
Расчет диаграммы направленности одиночного излучателя, амплитудного распределения и числа элементов ФАР. Предельно допустимая мощность в излучателе, его анализ на пробой. Коэффициент усиления и оценка широкополосности антенны. Конструкция излучателя.
Конструирование вибраторной антенной решетки
Излучатель антенной решетки. Выбор конструкции вибратора и схемы питания. Антенная решетка системы излучателей. Расчет диаграммы направленности и геометрия антенной решетки. Расчет параметров решетки при заданном максимальном секторе сканирования.
Рупорно-линзовая антенна
Проект передающей рупорно-линзовой антенны с заданной длиной волны и шириной диаграммы направленности в плоскостях. Определение основных электрических и геометрических параметров антенны и ее элементов. Конструктивный расчет и разработка устройства АФУ.