Исследование и оптимизация полигонального TEM рупора
Исследование полигонального ТЕМ рупора с целью получения максимального коэффициента использования размера. Согласование и излучение оптимизированной антенны. Оптимизация с использованием строгого численного решения задачи методом конечных элементов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.11.2018 |
| Размер файла | 1,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование и оптимизация полигонального TEM рупора
Введение
В настоящее время много исследований ведется в области сверхширокополосных (СШП) антенн. Одной из наиболее популярных СШП антенн является TEM рупор. Он обладает такими преимуществами, как простота изготовления и высокое усиление. Но эта конструкция не лишена и недостатков, среди которых можно указать на большую электрическую длину. Для уменьшения длины используют нерегулярные ТЕМ рупоры, которые можно разделить на три класса: криволинейные и кусочно-плоские ТЕМ рупоры (нерегулярные в E-плоскости [1-3]), линейно расширяющиеся в E-плоскости ТЕМ рупоры с криволинейной боковой кромкой (нерегулярные в H-плоскости [4-7]) и ТЕМ рупоры нерегулярные в двух плоскостях [8-9].
В данной работе рассматривается задача оптимизации формы кромок TEM рупора, нерегулярного в H-плоскости (рис.1).
1.Оптимизация формы пластины TEM рупора
Будем полагать, что угол между пластинами в остается постоянным вдоль всей длины рупора, угол между кромками б изменяется дискретно, т.е. линии боковых кромок является кусочно-ломаными. Будем называть такие антенны полигональными ТЕМ рупорами. Целью оптимизации является максимизация величины коэффициента использования размера (КИР), введенного в работе [10]. Максимизация КИРа соответствует минимизации электрического размера радиуса описанной вокруг антенны сферы (ka) на нижней границе полосы частот по уровню согласования -10 дБ (параметр kalow), где k - волновое число, a - радиус описанной вокруг антенны сферы. Параметрами оптимизации являются углы между соседними отрезками кусочно-ломаной кромки. Число таких отрезков выберем равным 13, а их длины будем полагать равными. Оптимизацию проведем квазиньютоновским методом.
Разработка аналитической модели в этом случае вызывает определенные трудности, которые связаны с тем, что из-за неизвестного распределения электромагнитного поля между стенками рупора сложно оценить влияние их геометрии на коэффициент отражения. Поэтому будем использовать для нахождения формы кромок численную оптимизацию с использованием метода конечных элементов (МКЭ) для вычисления коэффициента отражения.
В результате оптимизации было получено, что форма кромки стенок рупора имеет форму, близкую к многоугольнику, вписанному в круг (см. рис. 1). При этом оптимальная величина угла в между пластинами рупора оказалось равна 75°.
2.Характеристики оптимизированного рупора
Для оптимизированной антенны с а = 15 см вычислим характеристики согласования и излучения с использованием МКЭ.
Рис. 2. Частотная зависимость коэффициента отражения полигонального рупора
На рис. 2 приведена зависимость коэффициента отражения от частоты. Сплошная линия обозначает график этой зависимости, прямой штриховой линией отмечен уровень согласования -10 дБ.
Из графика, представленного на рис. 2, можно видеть, что нижняя граница полосы согласования по уровню -10 дБ равна 0.282 ГГц. При этом параметр kalow равен 0.8, а параметр КИР, соответственно, имеет значение 0.67. Верхняя граница полосы согласования по уровню -10 дБ составляет более 4 ГГц, т.е. ширина полосы согласования составляет более 1:15.
На рис. 3 и 4 представлены диаграммы направленности для полигональной рупорной антенны на различных частотах.
Рис. 3. Диаграммы направленности полигональной рупорной антенны в E-плоскости
Рис. 4. Диаграммы направленности полигональной рупорной антенны в H-плоскости
На рис. 3 и 4 можно видеть, что диаграмма направленности рупора даже на низких частотах отличается изрезанностью, в том числе, в области главного лепестка.
Заключение
В работе предложена и численно оптимизирована СШП антенна на основе полигонального ТЕМ рупора. Предлагаемая конструкция проста в изготовлении, обладает очень высокой величиной КИРа и полосой рабочих частот более 1:15. К недостаткам антенны следует отнести высокий уровень изрезанности диаграммы направленности, особенно на высоких частотах.
Благодарности
Автор благодарит В.А. Калошина за постановку задачи и полезные замечания в процессе работы над статьей.
Литература
tem рупор антенна полигональный
1. Ефимова Н.А., Калошин В.А. О согласовании симметричных TEM-рупоров // «Радиотехника и электроника». - 2014. - № 1. - т. 59. - С. 60-66.
2. Efimova N.A., Kaloshin V.A. Matching of a Piece-Wise Linear TEM Horn [Электронный ресурс]: 25.10.2014. // 31st URSI General Assembly and Scientific Symposium, (Китай, Пекин, 16-22 августа 2014)
http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=6929163&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D6929163 (08.11.2014).
3. Н.А. Ефимова Исследование и оптимизация TEM рупоров в сверхширокой полосе частот // 2-ая Всероссийская микроволновая конференция. Доклады (Москва, ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, 24-28 ноября 2014) С. 474-478.
4. Kao Ch.-P., Li J., Liu R. Design and Analysis of UWB TEM Horn Antenna for Ground Penetrating Radar Applications // IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, July 6-11 2008, Boston, USA, pp. 569-572.
5. Бобрешов А.М., Мещеряков И.И., Усков Г.К. Оптимизация геометрических параметров ТЕМ-рупора для излучения сверхкоротких импульсов в составе антенной решетки с управляемым положением главного лепестка // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58, № 3. С. 233-237.
6. Jinjin Sh., Guochang L., Yicai J., Guangyou F., Hejun Y. UWB TEM horn antenna for the asphalt pavement investigation // Journal of Electronics (China), Vol. 31 N. 1, Feb. 2014, pp. 1-5.
7. Tan A.E.-Ch., Jhamb K., Rambabu K. Design of Transverse Electromagnetic Horn for Concrete Penetrating Ultra-Wideband Radar // Antennas and Propagation, IEEE Transactions Vol. 60, Is. 4, pp. 1736-1743.
8. Jinjin Sh., Yicai J., Guangyou F., Hejun Y. Optimization and experiment of UWB TEM horn antenna // High Power Laser And Particle Beams Vol. 26,№ 1 Jan., 2014, p. 1-5.
9. Jinjin Sh., Guochang L., Yicai J., Guangyou F., Hejun Y. UWB TEM horn antenna for the asphalt pavement investigation // Journal of Electronics (China), Vol. 31 N. 1, Feb. 2014, pp. 1-5.
10. Ефимова Н.А., Калошин В.А. Сверхширокополосные излучатели для кольцевых антенных решеток // VI Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» (Москва, ИРЭ, 2012).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Создание модели антенны и оптимизация ее конструкции. Свойства антенны горизонтальной поляризации с учетом свойств поверхности земли в направлении максимального КНД и влияние диаметра проводников симметричного вибратора на рабочую полосу частот.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.02.2016Общая характеристика зеркальной антенны, ее назначение и применение. Расчет зеркальной параболической антенны сантиметрового диапазона с облучателем в виде пирамидального рупора. Определение коэффициента усиления с учетом неточности изготовления зеркала.
курсовая работа [579,3 K], добавлен 18.01.2014Применение зеркальных антенн. Основные параметры параболоида. Расчет облучателя, параметров зеркала и остроконечного пирамидального рупора с диаграммой направленности. Размер рупора в Н-плоскости. Диаграмма направленности антенны, её конструкция.
контрольная работа [547,4 K], добавлен 20.03.2011Определение элементов конструкции антенны. Выбор геометрических размеров рупорной антенны. Определение типа возбуждающего устройства, расчет его размеров. Размеры раскрыва пирамидального рупора. Расчет диаграммы направленности и фидерного тракта антенны.
курсовая работа [811,9 K], добавлен 30.07.2016Рупорные антенны - простейшие антенны СВЧ диапазона, их применение в качестве элементов более сложных антенн. Улучшение характеристик рупорной антенны с помощью линзы и принцип ее действия. Выбор питающего волновода. Расчет одиночного рупора с линзой.
реферат [477,7 K], добавлен 17.10.2011Расчет основных параметров и характеристик антенны. Выбор питающего волновода. Определение фазовых ошибок. Расчет коэффициента направленного действия и коэффициента усиления. Диаграммы направленности рупора. Замечания к конструкции.
курсовая работа [43,5 K], добавлен 21.03.2011Расчет геометрических параметров и значений амплитудного распределения фазированной антенной решётки. Выбор излучателя антенны и расчет параметров её волновода и пирамидального рупора. Определение коэффициента отражения, диаграмма направленности антенны.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 22.11.2015Понятие и основные достоинства радиорелейных линий. Сравнительная характеристика и выбор типа антенны, изучение ее конструкции. Расчет высоты установки антенны над поверхностью Земли. Определение диаграммы направленности и расчет параметров рупора.
курсовая работа [439,3 K], добавлен 21.04.2011Преимущества использования генетических алгоритмов в решении оптимизационных задач. Расчет микрополосковой антенны с круговой поляризацией, имеющей в составе хромосомы двоичные и действительные переменные. Оптимизация антенны с прореженными подрешетками.
реферат [20,6 K], добавлен 30.03.2011Проектирование антенны "волновой канал" методом последовательных приближений. Координаты элементов антенны, ее электрические параметры и конструкция. Графики зависимости входного сопротивления от частоты. Оптимизация расстояния между вибраторами.
лабораторная работа [1,5 M], добавлен 04.12.2012Расчет металлопластинчатой антенны: определение размеров раскрыва излучателя, профиля линзы, нахождение параметров пирамидального рупора, выбранного в качестве облучателя. Расчет диаграммы направленности линзы. Вычисление относительной полосы пропускания.
курсовая работа [485,7 K], добавлен 17.10.2011Определение шумовой температуры фидерного тракта. Угол раскрыва и фокусное расстояние зеркальной антенны. Диаграммы направленности облучателя, распределение поля в апертуре зеркала. Сопоставление расчетного и заданного уровня боковых лепестков.
курсовая работа [572,6 K], добавлен 13.02.2011Основные понятия оптимального проектирования. Этапы решения задачи проектирования радиоэлектронного устройства с оптимальными характеристиками с использованием методов параметрической оптимизации. Многокритериальная оптимизация в задачах с ограничениями.
реферат [89,7 K], добавлен 04.03.2009Условия эксплуатации антенн, установленных на спускаемых космических аппаратах. Технические требования к радиотехнической части радиотехнического комплекса измерения. Расчет диаграммы направленности пирамидального рупора и апертуры зеркальной антенны.
дипломная работа [990,6 K], добавлен 03.03.2011Проектирование 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.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 18.03.2011Исследование характеристик излучения параболических антенн. Учет потерь в параболической антенне. Защита от электрических и магнитных полей и электромагнитных излучений. Диаграмма направленности параболической антенны. Излучение поверхностных волн.
дипломная работа [288,3 K], добавлен 27.02.2013Виды акустического оформления. Конструкции акустического экрана, открытого и закрытого ящика, фазоинвертора, лабиринта, рупора. Многополосные акустические системы, требованиями международных стандартов. Резонатор Гельмгольца, расчет размера ящика.
реферат [575,4 K], добавлен 16.11.2010Симметричная вибраторная антенна, построенная из симметричных вибраторов. Удобство при монтаже, обеспечение широкого рабочего диапазона частот. Описание конструкции антенны, результаты ее исследования. Влияния длины второго вибратора на согласование.
контрольная работа [942,7 K], добавлен 14.01.2017Конструкция антенны и схема питания. Расчет диаграммы направленности и коэффициента усиления антенны. Расчет дальности приема на всех каналах. Определение входного сопротивления и коэффициента стоячей волны. Расчет низкочастотного фильтра прототипа.
курсовая работа [644,3 K], добавлен 06.01.2012Основные соотношения, выбор рабочего типа волны и фидера. Описание конструкции антенны и АФР на ее раскрыве. Расчет параметров геометрических и электрических характеристик антенн круговой поляризации. Результаты численного моделирования антенны.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 20.05.2011
