Линейная решетка рупорных антенн


Министерство общего и профессионального образования РФ

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра радиоуправления и связи Курсовая работа

По дисциплине “Антенны и устройства СВЧ”

По теме

“Линейная решетка рупорных антенн”

Выполнил:

Студент группы 117

Угаров А. А.

Руководитель:

Доц. Елумеев В. И.

Рязань 2004

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

2. Расчет основных электрических и геометрических параметров линейной решетки рупорных антенн и ее элементов

3. Конструктивный расчет и разработка конструкции АФУ

4. Описание конструкции

Заключение

Библиографический список

Введение

Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее излучение и прием радиоволн, – неотъемлемая часть любой радиотехнической системы. Требования к техническим характеристикам антенн вытекают из назначения радиосистемы, условий размещения, режима работы, допустимых затрат и т. д. Реализуемость необходимых направленных свойств, помехозащищенности, частотных, энергетических и других характеристик антенн во многом зависит от рабочего диапазона волн. Хотя в радиотехнических системах используют разные диапазоны частот, сверхвысокие частоты (СВЧ) получают все более широкое применение. Это объясняется возможностями реализации в антеннах СВЧ характеристик, влияющих на важнейшие показатели качества всей радиосистемы. Так, в диапазоне СВЧ антенны могут создавать остронаправленное излучение с лучом шириной до долей градуса и усиливать сигнал в десятки и сотни тысяч раз.

Антенны СВЧ широко применяются в различных областях радиоэлектроники – связи, телевидении, радиолокации, радиоуправлении, а также в системах инструментальной посадки летательных аппаратов, радиоэлектронного противодействия, радиовзрывателей, радиотелеметрии и др.

Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие антенны (антенные решетки). Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. Замена слабонаправленных или ненаправленных антенн, например связных, остронаправленными сканирующими позволяет не только получать энергетический выигрыш в радиотехнической системе за счет увеличения коэффициента усиления антенн, но и в ряде случае ослаблять взаимные влияния одновременно работающих различных систем.

Применение антенных решеток для построения сканирующих остронаправленных антенн позволяет реализовать высокую скорость обзора пространства и способствует увеличению объема информации о распределении источников излучения или отражения электромагнитных волн в окружающем пространстве. В зависимости от геометрии расположения излучателей в пространстве антенные решетки (АР) подразделяются на одномерные (линейные, кольцевые, дуговые), двухмерные (поверхностные) и трехмерные. Одним из видов линейных антенных решеток является линейная решетка рупорных антенн.

Рис. 1. Линейная антенная решетка

1. Теоретическая часть

Заданием данной курсовой работы является проектирование и расчет линейной решетки рупорных антенн. В качестве элемента антенной решетки будем использовать пирамидальный рупор.

Рупорные антенны являются простейшими антеннами СВЧ – диапазона. Они могут применяться как самостоятельно, так и в качестве элементов более сложных антенн. Рупорные антенны позволяют формировать диаграммы направленности (ДН) шириной от 100-140° до 10-20°. Рупорные антенны являются широкополосными, они обеспечивают примерно полуторное перекрытие по диапазону. Коэффициент полезного действия рупора – высокий (“100%).

Рис.2. Пирамидальный рупор

O1- вершина рупора

H1- длина (высота) рупора

G1- угол раствора рупора

O2- вторая вершина рупора

H2- вторая длина (высота) рупора

G2- второй угол раствора рупора

2. Расчет основных электрических и геометрических параметров линейной решетки рупорных антенн и ее элементов

Выпишем основные формулы для расчета линейной решетки рупорных антенн:

,

Где m-коэффициент, определяемый законом распределения поля в соответствующей плоскости и уровнем на котором задана ДН. Формула определяет ширину ДН линейной решетки рупорных антенн на уровне 0.5 по мощности в горизонтальной плоскости

Формула определяющая ширину ДН одного излучателя (рупора) на уровне 0.5 по мощности в горизонтальной плоскости

Формула определяющая ширину ДН линейной решетки рупорных антенн уровне 0.5 по мощности в вертикальной плоскости

,

Формула определяющая количество излучателей (рупоров) линейной решетки

,

Формулы определяющие длины рупоров, соответственно в “E” и “H”-плоскостях

Формула определяющая максимально допустимые значения шага, при котором отсутствуют дифракционные максимумы

Формула определяющая ДН линейной решетки рупорных антенн

ДН рупора в “Е” – плоскости, без учета фазовых искажений

ДН рупора в “Е” – плоскости, с учетом квадратурных фазовых искажений

Множитель системы

Проведем расчет основных параметров одиночного пирамидального рупора и линейной решетки:

1.

2.

3.

4.

5.

, при n = 5

Проведем расчет ДН линейной решетки рупорных антенн:

1. , без учета фазовых искажений

ДН пирамидального рупора в “Е” – плоскости, без учета фазовых искажений

ДН множителя системы:

ДН множителя системы:

ДН линейной решетки рупорных антенн в “Е” – плоскости, без учета фазовых искажений:

2. , с учетом квадратурных фазовых искажений

ДН пирамидального рупора в “Е” – плоскости, с учетом фазовых искажений

ДН множителя системы:

ДН множителя системы:

ДН линейной решетки в “Е” – плоскости, с учетом фазовых искажений

Проведем расчет волноводно-щелевой антенны

Рис.4. Волноводно-щелевая антенна

Прежде чем приступить к расчету волноводно-щелевой антенны, проведем расчет параметров волновода ( выберем его тип), необходимого для подключения рупора к волноводно-щелевой антенне.

Рис.5. Прямоугольный волновод

Выбор волновода:

Волновод выбираем исходя из заданной рабочей частоты:

Марка волновода WR-112

Размеры волновода:

Расчет волноводно-щелевой антенны:

Найдем размеры волновода и длину волны в волноводе:

Т. о. значение d выбрано нами неверно. Выберем, например:

Т. о. длина волны в волноводе равна:

Размеры волновода:

Определяем размеры и марку волновода по справочнику:

Марка волновода: WR-112

Размеры волновода:

Определим теперь длину щели в узкой стенке прямоугольного волновода и ее ширину, зная заданную мощность в антенне.

Длина щели равна:

Проведем расчет ширины щели:

Ширина щели d1 в ВЩА выбирается исходя из условий обеспечения необходимой электрической прочности и требуемой полосы пропускания. При выборе ширины щели должен обеспечиваться двух – или трехкратный запас по пробивной напряженности поля для середины щели, где напряженность поля максимальна (). Такой запас выбирается исходя из конструктивных требований и условий работы щелевой антенны:

, где

– амплитуда напряжения в пучности; d1-ширина щели; – предельное значение напряженности поля, при котором наступает электрический пробой(для воздуха при нормальных условиях )

При равномерном амплитудном распределении поля по раскрыву антенны, когда излучаемая антенной мощность делится поровну между щелями:

, где

– подводимая к антенне мощность; -проводимость излучения щели; -число щелей.

,

Для резонансных щелей

Расчет:

Оценка полосы пропускания антенны:

Проведем оценку полосы пропускания антенны:

Эскиз проектируемой антенны

3. Конструктивный расчет и разработка конструкции АФУ

Предварительный анализ проектируемой антенны

Изобразим приближенно элементы устройства:

В линейную решетку рупорных антенн будут входить следующие элементы:

– Линейка из пирамидальных рупоров

– Запитывать рупоры будем с помощью волноводно-щелевой антенны (поперечные щели в узкой стенке волновода)

– Запитывать волноводно-щелевую антенну будем с помощью волноводного тройника, либо E – типа, либо H – типа

– Волноводы также будем использовать для соединения линейки рупоров, с волноводно-щелевой антенной

Рис.3. Волноводно-щелевая антенна

Рис.4. Линейная решетка рупорных антенн

Рис.5. Волноводный тройник Н-типа

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы, я рассчитал параметры и диаграмму направленности линейной решетки состоящей из рупорных антенн. В качестве рупора я использовал пирамидальный рупор. Рис.2. Решетка представляет собой набор пирамидальных рупоров расположенных в линейку. Рис.4. В процессе расчетов установили, что число рупоров (излучателей) N равно 32.

Достоинством рупорных антенн является большая диапазонность и простота конструкции. С помощью рупорных антенн, мы спроектировали линейную решетку, обладающую достаточно узкой ДН.

Недостатком такой линейной решетки является то, что из-за большого числа излучателей увеличиваются размеры решетки, а соответственно и масса конструкции тоже увеличивается.

По результатам выполнения курсовой работы была рассчитана линейная решетка из рупорных антенн со следующими параметрами :

– Ширина ДН в горизонтальной плоскости 2 град

– Ширина ДН в вертикальной плоскости 20 град

– Сектор сканирования +/- 10 град

– Поляризация линейная

– Полоса пропускания антенны является достаточно широкой

Полученные результаты соответствуют требованию технического задания

Список литературы

1. А. Л. Драбкин и В. Л. Зузенко “Антенно-фидерные устройства” Издательство “Советское радио” Москва-1961год

2. Д. М. Сазонов “Антенны и устройства СВЧ” Москва “Высшая школа” 1988год

3. А. С. Лавров, Г. Б. Резников “Антенно-фидерные устройства” Москва “Советское радио” 1974год Под редакцией Д. И. Воскресенского “Антенны и устройства СВЧ” Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Издательство “Советское радио” Москва-1972год

4. Антенны и устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам. Часть / РГРТА; Составили: В. Я. Рендакова, А. Д. Касаткин, А. В. Маторин, А. В. Рубцов; Под редакцией А. В. Рубцова. Рязань, 1998год

5. М. С. Жук, Ю. Б. Молочков. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. М : Энергия, 1973.

6. А. Л. Фельдштейн, Л. Р. Явич, В. П. Смирнов. Справочник по элементам волноводной техники. М : Советское радио, 1967

7. Конспект лекций по курсу “Антенны и устройства СВЧ”. А. В. Рубцов



Зараз ви читаєте: Линейная решетка рупорных антенн