Министерствообщего и профессионального образования Российской Федерации
РГРТА
Кафедра Радиоуправления и Связи
Курсоваяработа
НА ТЕМУ:
«РЕШЕТКА ИЗ РУПОРНЫХАНТЕНН С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ КАЧАНИЕМ ЛУЧА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ»
Выполнил студентгруппы 816
Шлома НиколайВладимирович
Проверила
Рендакова ВалентинаЯковлевна
Рязань, 2006 г.
Содержание
Введение
Теоретическаячасть
Расчетосновных параметров и характеристик антенны
Расчетпараметров одиночного излучателя
Расчетпараметров решетки
Заключение
Списокиспользуемой литературы
Введение
Областьприменения антенных устройств и устройств сверхвысоких частот (СВЧ)чрезвычайно велика. Антенно-фидерное устройство является неотъемлемой частьюлюбой радиотехнической системы. В диапазоне СВЧ антенны создаютостронаправленное излучение с шириной луча в единицы и доли градусов и имеюткоэффициент усиления, достигающий десятков и сотен тысяч. Это позволяетиспользовать антенну не только для излучения и приема радиоволн, но и для пеленгации(в радиолокации, навигации, радиоастрономии), борьбы с помехами, обеспеченияскрытности работы радиосистемы и для других целей.
В настоящее время широкое распространение получили остронаправленныесканирующие антенны СВЧ (антенные решетки). Сканирование позволяетосуществлять обзор окружающего пространства, сопровождение быстродвижущихсяобъектов и определение их угловых координат.
Современные антенны являются сложнейшими устройствами, причем иххарактеристики предопределяют основные параметры разрабатываемых радиосистем.Это приводит к тому, что расчетом основных характеристик антенн и устройствСВЧ приходится заниматься не только специалистам в этих областях, но иразработчикам радиосистем. Таким образом, проектирование (разработка)современного антенно-фидерного устройства представляет собой сложный творческийпроцесс коллектива специалистов.
Теоретическаячасть
Рупорные антенны являются простейшими антеннами СВЧ — диапазона. Онимогут применяться как самостоятельно, так и в качестве элементов более сложныхантенн. Рупорные антенны позволяет формировать диаграммы направленности (ДН)шириной от 100-140° до 10-20°. Возможность дальнейшего сужения ДНограничивается необходимостью резкого увеличения длины рупора. Рупорныеантенны являются широкополосными, они обеспечивают примерно полуторное перекрытиепо диапазону. Возможность изменения рабочей частоты в еще больших пределахограничивается возбуждением и распространением в питающем волноводе высшихтипов волн. Коэффициент полезного действия рупора — высокий («100 %).Включение в волноводный тракт фазирующей секции или в раскрыв поляризационнойрешетки обеспечивает создание поля с круговой поляризацией. Для формированияузких ДН могут быть использованы двумерные решетки из небольших рупоров.
Расчетосновных параметров и характеристик антенны
Для удобствадля всех параметров введем индекс, определяющий плоскость (Е или Н), длякоторой рассчитывается параметр. Пусть i = 1 для Е плоскости, i = 2 для Н плоскости.
Расчетпараметров одиночного излучателя
Анализзадания
По заданиюодиночный излучатель – рупор с раскрывом />см
Длина волны: />см
Выборпитающего волновода
Т. к. раскрыв рупоразадан и имеет прямоугольную форму, то нам целесообраз-но выбрать волноводпрямоугольной формы. Из условия распространения в волноводе только основноготипа волны Н10,
/>
а также из заданноймощности в антенне (Р=2кВт), из справочника выберем волновод:
наименование:R140
габариты : a x b = 15,8 x 7,9 [мм]
Расчетдлинны рупора
Длину рупорахарактеризуют два размера: h – расстояние от раскрыва до горловины рупора, одинаковое вплоскостях Е и Н, h1 и h2 – расстояние от раскрыва рупора до точки, в которой сходятсяребра пирамидального рупора в плоскостях Е и Н соответственно.
/>
где а1, а2 –заданные размеры раскрыва рупора.
Т. к. длинырупора в плоскостях Е и Н сильно отличаются, необходимо выполнить уравнениестыковки, которое имеет следующий вид:
/>
h2>h1 следовательно, считаем h2 постоянным и решаемуравнение относительно h1
/>
/>
Найдем такжеуглы расхождения ребер рупора.
/>
Определениефазовых ошибок
Максимальнаяошибка в раскрыве /> определяется геометрическимиразмерами рупора и ее допустимая величина должна удовлетворять условиям:
/>
в плоскости Еи Н соответственно. В нашем случае ошибки будут равны:
/>
Фазовыеошибки меньше допустимых. Это позволяет нам оставить выбранные размеры рупора ипродолжить расчет.
Расчеткоэффициента отражения
Так как длинарупора и его раскрыв в обеих плоскостях много больше длины волны, токоэффициентом отражения от горловины и от раскрыва рупора можно пренебречь и неучитывать в дальнейших расчетах.
Ширинадиаграммы направленности по уровню половинной мощности
/>
Диаграммынаправленности рупора
В плоскости XZ т. е. в Е-плоскости:
/>
В плоскости YZ т. е. в H-плоскости:
/>
Расчеткоэффициента направленного действия и коэффициента усиления
Качествоантенн характеризуется коэффициентом усиления антенны, равным произведениюкоэффициента натравленного действия (КНД) на коэффициент полезного действия(КПД) антенны.
Для рупорных антенн можносчитать, что мощность потерь значительно меньше мощности излучения, благодарячему КПД антенны можно принять равным единице.
/> - КНД антенны(одиночного излучателя),
где /> — площадьраскрыва
/>
Анализполученных результатов
В данном разделе всоответствии с заданием мы рассчитали одиночный излучатель антенной решетки сКПД равным единице, КНД равным />. Его габариты:
/>
При данных размерахфазовые ошибки не превысили допустимые.
Данный излучатель имеетузкую характеристику направленности (/>, />) и низкий уровень боковыхлепестков.
Энергия от генератора врупор поступает через волновод R140 (/>)
Расчетпараметров решетки
Анализзадания
Числоизлучателей: />;
Качание лучав горизонтальной (в Н) плоскости;
Отклонениелуча от нормали: />
Остальные,необходимые нам для расчета данные (/>КНД), рассчитаны в предыдущемразделе.
Сканирование пространствабудем производить в плоскости Е т.к. в раскрыве одиночного излучателя в плоскостиЕ равно амплитудное распределение
Расчетрасстояния между излучателями
Расстояниемежду излучателями выбирают из условия отсутствия дифракционных лепестков вдиаграмме направленности решетки.
/>
где /> – уровнипервых нулей в диаграмме направленности в Н и Е плоскости соответственно. Тогда
/>
этирасстояния нам не подходят, т. к. они меньше размеров раскрыва рупора, поэтомупримем их равными
/>
Расчетразмеров решетки
/>
Расчетдиаграммы направленности решетки
Диаграмманаправленности решетки записывается по следующей формуле:
/>
где /> и /> - диаграммынаправленности одиночного излучателя, /> и /> - множители системы в плоскостяхЕ и Н соответственно.
/>
где /> - волновоечисло
Рис. 5. Диаграммынаправленности: а) в плоскости Е, б) в плоскости Н
1 – ДНодиночного излучателя; 2 – множитель системы; 3 – ДН решетки
РасчетКНД решетки
/>
Анализполученных результатов.
Примаксимальном отклонении луча от нормали (/>– дано) уровень главного лепесткауменьшается примерно в 4 раза. Это обусловлено направленными свойствамипирамидального рупора. Появление боковых лепестков в плоскости Н обусловленобольшим расстоянием между излучателями.
Питаниерешетки
Всеизлучатели запитываются от одного генератора через волноводный тракт. Делениеэнергии происходит сначала по столбцам, а затем по строкам.
На все рупоры столбцапоступает синфазное напряжение т. к. качание в вертикальной плоскости нетребуется.
Замечанияк конструкции
Излучатели крепятся крейкам (на рисунке выделено зеленым и красным)
Вся антенна (кромеизлучающей поверхности) для защиты от повреждений закрывается металлическим илидиэлектрическим кожухом. Излучающая поверхность закрывается диэлектрическимэкраном для защиты от попадания влаги и посторонних предметов в раскрывизлучателей, а также для уменьшения парусности антенны.
антенна волна экран
Заключение
В результате проделаннойработы получили антенную решетку с характеристиками, удовлетворяющими заданные.
Список используемойлитературы
1. ВоскресенскийД.И. Антенны и устройства СВЧ. М.: Сов. радио, 1972.
2. ЕлумеевВ.И., Касаткин А.Д., Рендакова В.Я. Устройства СВЧ и антенны: Методическиеуказания по курсовому проектированию. Рязань: РГРТА, 1998
3. ФельдштейнА.Л. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Сов. радио, 1967.