Синфазна щілинна антена на прямокутному хвилеводі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти, науки, молоді та спорту України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра РТ і Т

Курсова робота

З предмету: Проектування антенно-фідерних пристроїв

Перевірив: Хоменко М.Ф.

Виконав:Овсієнко Р.О.

Житомир 2012

Зміст

Завдання на курсову роботу

Вступ

1. Визначення необхідного значення КНД D_А антени з урахуванням ослаблення в фідері

2. Розрахунок коаксіального хвиле водного переходу

3. Розрахунок синфазної щілинної антени на прямокутному хвилеводі

Завдання на курсову роботу

Потрібно розрахувати синфазну щілинну антену на прямокутному хвилеводі, призначену для приймальної станції літального апарату.

Згідно варіанту 63 антена працює на частоті f =4,3 ГГц і повинна забезпечити на виході рівень сигналу Р₂=570 пВт при напруженості поля в точці прийому Е=4,0мВ/м. Довжина фідера l_ф =15 м .

У розрахунку необхідно:

1. Визначити необхідне значення КНД D_А антени з урахуванням ослаблення в фідері.

2. Вибрати марку прямокутного хвилеводу, що забезпечує одно хвильовий режим і записати внутрішні розміри хвилеводу.

3. Вибрати конструктивні розміри: число щілин N, довжину щілин l і відстань між ними d, відстань х₁ від центру щілин до осі хвилеводу і довжину антени.

4. Намалювати коаксіально хвилевідий перехід, і розрахувати його розміри.

5. Розрахувати провідність щілин, виходячи з вимоги узгодження антени з хвилеводом.

6. Розрахувати характеристики спрямованості і побудувати нормовані ДН однієї щілини в площинах Е і Н.

7. Розрахувати характеристики спрямованості синфазної щілинний антени і побудувати її нормовані ДН.

8. Визначити ширину головного пелюстка антени по нульовому випромінюванню і по половинній потужності

Вступ

Щілини в якості випромінюючих елементів або самостійних антен широко використовується в техніці НВЧ. Хвилеводно-щілинні лінійні антенні решітки забезпечують звуження діаграми спрямованості в площині, що проходить через вісь хвилеводу.

Основними перевагами хвилевідно щілинної антенної решітки є:

1. Зважаючи на відсутність виступаючих частин, випромінююча поверхня хвилеводно щілинної антенної решітки може бути поєднана з зовнішньою поверхнею корпусу літального апарату, не вносячи при цьому додаткового аеродинамічного опору (бортова антена).

2. У них можуть бути реалізовані оптимальні ДН, так як закони розподілу поля в розкриві можуть бути різними за рахунок зміни зв'язку випромінювачів з хвилеводом.

3. Вони мають порівняно простий збуджуючий пристрій, прості в експлуатації.

Недоліком хвилеводно щілинної антенної решітки є обмеженість діапазонних властивостей. При зміні частоти в несканірующей хвилеводно щілинної антенної решітки відбувається відхилення променя в просторі від заданого положення, що супроводжується зміною ширини ДН та її узгодження з живильним фідером. Хвилеводно-щілинні антени, що використовуються в якості випромінювача, мають кілька щілинних вібраторів, прорізаних в хвилеводі. Щілина володіє резонансними властивостями. Резонансна довжина щілини приблизно дорівнює 2l ? л0 / 2. Прорізана в хвилеводі щілина має однонаправлене випромінювання і може бути прорізана в широкій і вузькій стінках хвилеводу. При цьому подовжня щілина в широкою і вузькою стінках еквівалентна паралельно включеному в лінію опору, поперечна щілина в широкій стінці - включеному послідовно.

Опір щілини залежить від місця розташування в хвилеводі. У тих випадках, коли необхідно забезпечити узгодження антени з трактом, змінюють місце розташування щілини або повертають її. Наприклад, подовжня щілина в центрі широкої стінки хвилеводу майже не випромінює, коли ж її повертати або зміщати в сторону бічних стінок, то випромінювання збільшується; поперечна щілина у вузькій стінці хвилеводу також майже не випромінює, але при її повороті випромінювання збільшується. Ширина щілини визначається з умови електричної міцності. Збільшення ширини щілини збільшує її електричну міцність і зменшує резонансну довжину, яка стає менше л0 / 2. Для отримання вузької діаграми спрямованості застосовують багатоелементні хвилеводно-щілинні антени. Якщо антени складаються з N поздовжніх щілин, розташованих на відстані лв / 2, то для досягнення повного узгодження, опір кожної щілини повинен бути більше хвильового опору хвилеводу в N разів. Аналогічно цьому, опір поперечної щілини повинен бути менше хвильового опору хвилеводу в N разів. Якщо щілини збуджені синфазно, то максимум головного пелюстка буде орієнтований перпендикулярно площині розташування щілин, причому в площині, перпендикулярній поздовжній осі хвилеводу, ДН буде широкою, а в площині, що містить вісь хвилеводу, - вузькою і тим уже, чим більше довжина антени. Досягти синфазного збудження антени можна двома способами: вибором відстані між сусідніми щілинами, рівним лв або лв / 2. В обох випадках резонансні решітки мають синфазне збудження всіх щілин (з урахуванням додаткового зсуву фаз сусідніх поздовжніх щілин на, за рахунок їх взаємного розташування по різні боки від середини широкої стінки).

Синфазні антени зазвичай працюють у режимі стоячої хвилі, для забезпечення якого в кінці антени встановлюють коротко-замикаючий поршень. Відстань між поршнем і останньої щілиною повинно бути таким, щоб щілини знаходилися в пучності стоячої хвилі в хвилеводі. Синфазні багатощілинні антени є резонансними.

1. Визначення необхідного значення КНД D_А антени з урахуванням ослаблення в фідері

Рівень сигналу Р₂ при напруженості поля в точці прийому Е знаходиться за формулою:

Звідси можна виразити коефіцієнт підсилення приймальної антени:

При розрахунку приймемо умовно ККД фідера приймальної антени з₂=1 отримаємо:

0,069м ;

43,54=16,3дб

Оскільки D=G то ККД D=16,3дб

В коаксіальному антенному фідері довжиною l_ф =15 м виникають втрати: б = б ₁• l_ф

Обираємо коаксіальний кабель типу РК-100-7-11(РК-102) так як він має мале погонне послаблення б ₁=0,54 дб/м на f =3 ГГц і хвильовий опір W_ф=100Ом. Звідси отримаємо:

б = 0,54•15 = 8,1дб

для виконання заданих умов завдання необхідно компенсувати втрати б шляхом збільшення ККД до значення D_а:

D_а= D+б

D_а= 16,3дб+8,1дб = 24,4дб=

В синфазних еквидистантних антнних решітках поперечного випромінювання

D_а ? D₁•N

D₁ - ККД одного випромінювача;

N - кількість випромінювачів.

ККД Хвилеводно-щілинних антенних решіток знаходять за формулою:

D ? 3,2•N, звідси ККД одного випромінювача рівна D₁=3,2.

Кількість випромінювачів (щілин) буде рівна

N= D_а / D₁

Обираємо марку прямокутного хвилеводу типу - R40, який забезпечує одно хвилевий режим і приведемо його характеристики в таблиці 1.

Таблиця 1

2. Розрахунок коаксіального хвиле водного переходу

синфазної щілинної антени на прямокутному хвилеводі

Для антен сантиметрового діапазону необхідно розрахувати коаксіально-хвилевідний перехід, який складається з відрізка хвилеводу і збуджуючого штиря з'єднаного з центральною жилою коаксіального кабелю. Збуджуючий штир встановлюється на відстані l₂ =л/4 від короткозамкненого кінця хвилеводу.

У випадку використання прямокутного хвилеводу і розміщення штиря посередині широкої стінки хвилеводу висоту штиря l₁ розраховуємо за формулою

,

де W_Ф - хвильвий опір волнове питающего коаксіального кабелю;

a і b - внутрішні розміри відповідно широкої і вузької стінок хвилеводу;

- довжина хвилі в хвилеводі, рівна

= /1-/(2а)² .

Рисунок 1. Ескіз коаксіального-хвилеводного переходу.

0,085м

Тоді висота штира рівна

3. Розрахунок синфазної щілинної антени на прямокутному хвилеводі

Ескіз синфазної щілинної антени на прямокутному хвилеводі представлений на рисунку 2.

Рисунок 2. (1 - коаксіально-хвилевідний перехід, 2 - щілина, 3 - коротко замикаючий поршень.)

Знайдемо зміщення центру щілини відносно вузької стінки хвилеводу x₁ виходячи з умови повного узгодження G=1, з формули для провідності виразимо x₁:

Відстань між центрами сусідніх щілин d приймають d=Л/2=

Резонансна довжина щілини 2l = 0,5-2l, де l - величина вкорочення щілини.

де d_щ - товщина щілини. У випадку приймальної антени d_щ 1,5…2 мм. Звідси маємо:

Резонансна довжина щілини 2l = 0,5-2l

Довжина лінійної антенної решітки L:

L=dN/2

Размещено на Allbest.ru