Лінійна решітка рупорних антен

Міністерство загальної та професійної освіти РФ

Рязанська державна радіотехнічна академія

Кафедра радіоуправління і зв'язку

Курсова робота

з дисципліни "Антени та пристрої НВЧ"

за темою

"Лінійна решітка рупорних антен"

Виконав:

студент групи 117

Угаров А.А.

Керівник:

доц. Елумеев В.І.

Рязань 2004

Зміст

Введення

1. Теоретична частина

2. Розрахунок основних електричних і геометричних параметрів лінійної решітки рупорних антен та її елементів

3. Конструктивний розрахунок і розробка конструкції АФУ

4. Опис конструкції

Висновок

Бібліографічний список

Введення

Антенно-фідерне пристрій, що забезпечує випромінювання і приймання радіохвиль, - невід'ємна частина будь-якої радіотехнічної системи. Вимоги до технічних характеристик антен випливають з призначення радіосистеми, умов розміщення, режиму роботи, допустимих витрат і т.д. Реалізованість необхідних спрямованих властивостей, перешкодозахищеності, частотних, енергетичних та інших характеристик антен багато в чому залежить від робочого діапазону хвиль. Хоча в радіотехнічних системах використовують різні діапазони частот, надвисокі частоти (НВЧ) отримують все більш широке застосування. Це пояснюється можливостями реалізації в антенах НВЧ характеристик, що впливають на найважливіші показники якості всієї радіосистеми. Так, в діапазоні НВЧ антени можуть створювати остронаправленное випромінювання з променем шириною до часток градуса і підсилювати сигнал в десятки і сотні тисяч разів.

Антени НВЧ широко застосовуються в різних областях радіоелектроніки - зв'язки, телебаченні, радіолокації, радіоуправлінні, а також у системах інструментальної посадки літальних апаратів, радіоелектронної протидії, радіовзривателей, радіотелеметрії та ін

Широке поширення отримали гостронаправлених скануючі антени (антенні решітки). Сканування дозволяє здійснювати огляд простору, супровід рухомих об'єктів та визначення їх кутових координат. Заміна слабонаправленних або ненапрямлених антен, наприклад зв'язкових, остронаправленним сканирующими дозволяє не тільки отримувати енергетичний виграш в радіотехнічної системі за рахунок збільшення коефіцієнта посилення антен, але і в ряді випадку послаблювати взаємні впливи одночасно працюючих різних систем.

Застосування антенних решіток для побудови скануючих гостронаправлених антен дозволяє реалізувати високу швидкість огляду простору і сприяє збільшенню обсягу інформації про розподіл джерел випромінювання або відбиття електромагнітних хвиль в навколишньому просторі. Залежно від геометрії розташування випромінювачів у просторі антенні решітки (АР) поділяються на одномірні (лінійні, кільцеві, дугові), двомірні (поверхневі) та тривимірні. Одним з видів лінійних антенних решіток є лінійна решітка рупорних антен.

Рис. 1. Лінійна антенна решітка

1. Теоретична частина

Завданням даної курсової роботи є проектування і розрахунок лінійної решітки рупорних антен. В якості елемента антенної решітки будемо використовувати пірамідальний рупор.

Рупорні антени є простими антенами НВЧ - діапазону. Вони можуть застосовуватися як самостійно, так і в якості елементів більш складних антен. Рупорні антени дозволяють формувати діаграми спрямованості (ДН) шириною від 100-140 ° до 10-20 °. Рупорні антени є широкосмуговими, вони забезпечують приблизно полуторное перекриття за діапазоном. Коефіцієнт корисної дії рупора - високий (»100%).

Рис.2. Пірамідальний рупор

O 1 - вершина рупора

h 1 - довжина (висота) рупора

g 1 - кут розчину рупора

O 2 - друга вершина рупора

h 2 - друга довжина (висота) рупора

g 2 - другий кут розчину рупора

2. Розрахунок основних електричних і геометричних параметрів лінійної решітки рупорних антен та її елементів

Випишемо основні формули для розрахунку лінійної решітки рупорних антен:

,

де m-коефіцієнт, що визначається законом розподілу поля у відповідній площині і рівнем на якому задана ДН. Формула визначає ширину ДН лінійної решітки рупорних антен на рівні 0.5 за потужністю в горизонтальній площині

формула визначає ширину ДН одного випромінювача (рупора) на рівні 0.5 за потужністю в горизонтальній площині

формула визначає ширину ДН лінійної решітки рупорних антен рівні 0.5 за потужністю у вертикальній площині

,

формула визначає кількість випромінювачів (рупорів) лінійної решітки

,

формули визначають довжини рупорів, відповідно в "E" і "H"-площинах

формула визначає максимально допустимі значення кроку, при якому відсутні дифракційні максимуми

формула визначає ДН лінійної решітки рупорних антен

ДН рупора в "Є" - площині, без урахування фазових спотворень

ДН рупора в "Є" - площині, з урахуванням квадратурних фазових спотворень

множник системи

Проведемо розрахунок основних параметрів одиночного пірамідального рупора і лінійної решітки:

1.

2.

3.

4.

5.

, При n = 5

Проведемо розрахунок ДН лінійної решітки рупорних антен:

1. , Без урахування фазових спотворень

ДН пірамідального рупора в "Є" - площині, без урахування фазових спотворень

ДН множника системи:

ДН множника системи:

ДН лінійної решітки рупорних антен в "Є" - площині, без урахування фазових спотворень:

2. , З урахуванням квадратурних фазових спотворень

ДН пірамідального рупора в "Є" - площині, з урахуванням фазових спотворень

ДН множника системи:

ДН множника системи:

ДН лінійної решітки в "Є" - площині, з урахуванням фазових спотворень

Проведемо розрахунок хвилеводно-щілинний антени

Рис.4. Хвилеводно-щілинна антена

Перш ніж приступити до розрахунку хвилеводно-щілинний антени, проведемо розрахунок параметрів хвилеводу (виберемо його тип), необхідного для підключення рупора до хвилеводно-щілинний антені.

Рис.5. Прямокутний хвилевід

Вибір хвилеводу:

Хвилевід вибираємо виходячи із заданої робочої частоти:

Марка хвилеводу WR-112

Розміри хвилеводу:

Розрахунок хвилеводно-щілинний антени:

Знайдемо розміри хвилеводу і довжину хвилі у хвилеводі:

Т.ч. значення d вибрано нами невірно. Виберемо, наприклад:

Т.ч. довжина хвилі в хвилеводі дорівнює:

Розміри хвилеводу:

Визначаємо розміри і марку хвилеводу за довідником:

Марка хвилеводу: WR -112

Розміри хвилеводу:

Визначимо тепер довжину щілини у вузькій стінці прямокутного хвилеводу і її ширину, знаючи задану потужність в антені.

Довжина щілини дорівнює:

Проведемо розрахунок ширини щілини:

Ширина щілини d 1 в ВЩА вибирається виходячи з умов забезпечення необхідної електричної міцності і необхідної смуги пропускання. При виборі ширини щілини повинен забезпечуватися двох-або триразовий запас за пробивною напруженості поля для середини щілини, де напруженість поля максимальна ( ). Такий запас вибирається виходячи з конструктивних вимог і умов роботи щілинної антени:

, Де

-Амплітуда напруги у пучності; d 1-ширина щілини; - Граничне значення напруженості поля, при якому наступає електричний пробій (для повітря при нормальних умовах )

При рівномірному розподілі амплитудном поля по розкриву антени, коли випромінювана антеною потужність ділиться порівну між щілинами:

, Де

- Підводиться до антени потужність; -Провідність випромінювання щілини; -Число щілин.

,

для резонансних щілин

Розрахунок:

Оцінка смуги пропускання антени:

Проведемо оцінку смуги пропускання антени:

Ескіз проектованої антени

3. Конструктивний розрахунок і розробка конструкції АФУ

Попередній аналіз запроектованої антени

Зобразимо наближено елементи пристрою:

У лінійну грати рупорних антен будуть входити наступні елементи:

• Лінійка з пірамідальних рупорів

• Живити рупори будемо з допомогою хвилеводно-щілинний антени (поперечні щілини у вузькій стінці хвилеводу)

• Живити хвилеводно-щілинну антену будемо з допомогою хвилеводного трійника, або E - типу, або H - типу

• Хвилеводи також будемо використовувати для з'єднання лінійки рупорів, з хвилеводно-щілинний антеною

Рис.3. Хвилеводно-щілинна антена

Рис.4. Лінійна решітка рупорних антен

Рис.5. Хвилепровідий трійник Н-типу

Висновок

У ході виконання даної курсової роботи, я розрахував параметри і діаграму спрямованості лінійної решітки складається з рупорних антен. В якості рупора я використовував пірамідальний рупор. Рис.2. Решітка являє собою набір пірамідальних рупорів розташованих в лінійку. Рис.4. У процесі розрахунків встановили, що число рупорів (випромінювачів) N дорівнює 32.

Перевагою рупорних антен є великий діапазон і простота конструкції. За допомогою рупорних антен, ми спроектували лінійну грати, що володіє достатньо вузької ДН.

Недоліком такої лінійної решітки є те, що з-за великого числа випромінювачів збільшуються розміри решітки, а відповідно і маса конструкції теж збільшується.

За результатами виконання курсової роботи була розрахована лінійна решітка з рупорних антен з такими параметрами:

• Ширина ДН в горизонтальній площині 2 °

• Ширина ДН у вертикальній площині 20 град

• Сектор сканування + / - 10 град

• Поляризація лінійна

• Смуга пропускання антени є досить широкою

Отримані результати відповідають вимозі технічного завдання

Список літератури

1. А.Л. Драбкін і В.Л. Зузенко "Антенно-фідерні пристрої" Видавництво "Радянське радіо" Москва-1961-му

2. Д.М. Сазонов "Антени та пристрої НВЧ" Москва "Вища школа" 1988году

3. А.С. Лавров, Г.Б. Резніков "Антенно-фідерні пристрої" Москва "Радянське радіо" 1974році Під редакцією Д.І. Воскресенського "Антени та пристрої НВЧ" Розрахунок і проектування антенних решіток і їх випромінюючих елементів. Видавництво "Радянське радіо" Москва-1972 році

4. Антени та пристрої НВЧ: Методичні вказівки до лабораторних робіт. Частина / РГРТА; Склали: В.Я. Рендакова, А.Д. Касаткін, А.В. Маторін, А.В. Рубцов; Під редакцією А.В. Рубцова. Рязань, 1998 рік

5. М. З. Жук, Ю. Б. Молочков. Проектування лінзових, скануючих, широкодіапазонних антен і фідерних пристроїв. М: Енергія, 1973.

6. А. Л. Фельдштейн, Л. Р. Явич, В. П. Смирнов. Довідник по елементах волноводной техніки. М: Радянське радіо, 1967

7. Конспект лекцій з курсу "Антени та пристрої НВЧ". А.В. Рубцов