Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КАФЕДРА 406

Курсовая работа

по дисциплине «антенны и устройства свч»

тема: расчёт и проектирование зеркальной антенны.

Вариант №30.

ВЫПОЛНИЛ:

Кроль Илья Михайлович

ГРУППА: 04-315

ПРОВЕРИЛ:

Пономарёв Леонид Иванович

МОСКВА – 2003

Введение.

В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона.

Зеркальные антенны являются антеннами оптического типа. Они состоят из слабонаправленного облучателя и металлического отражателя (зеркала). Форма поверхности зеркала выбирается такой, чтобы сферический фронт волны, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт волны. Лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности шириной от десятка градусов до долей градуса.

Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости.

Зеркальные антенны нашли широкое применение благодаря следующим свойствам: сравнительно простоте конструкции, надежности работы, хорошим диапазонным свойствам, способности формировать диаграммы направленности различной формы и ряда других положительных особенностей.

Однако зеркальные антенны обладают рядом существенных недостатков: затенение облучателем поля зеркальной антенны, механический способ сканирования, который является единственно возможным в однозеркальных антеннах, не обеспечивает высокой скорости управления диаграммой направленности при большом весе и сложности механизма вращения, уровень боковых и задних лепестков в диаграмме направленности однозеркальных антенн трудно поддается ослаблению.

Анализ задания.

В процессе проектирования необходимо выбрать оптимальную схему и тип облучающей системы, определить геометрические размеры зеркала, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, рассчитать диаграмму направленности антенны, её коэффициент усиления, коэффициент полезного действия и разработать конструкцию в целом.

Рупорный облучатель является наиболее распространенным облучателем зеркальных антенн сантиметрового диапазона. Объясняется это возможностью получения диаграммы направленности заданной ширины в обеих плоскостях, большой диапазонностью и простотой их конструкции. Однако применение данного облучателя осложняется тем, что волновод, питающий рупор, вызывает заметное затенение зеркала и искажает диаграмму направленности антенны. Облучатель зеркальной антенны имеет фазовый центр, который располагается в фокусе параболоида вращения.

Электрическая принципиальная схема антенны

_{Расчёт основных характеристик и геометрических размеров антенны.}

_{Рабочая длина волны:  = 8,5 см.}

Ширина диаграммы направленности: 2_  10º.

Допустимый уровень боковых лепестков: q = -24 дБ.

Полоса частот: 4%

Геометрические размеры зеркала:

По уровню боковых лепестков выбираем формулу аппроксимации закон изменения поля в раскрыве зеркала:

Нормированное значение поля на краю раскрыва

Ширина диаграммы направленности: 2_66,3*/2R.

R=28.2 см. – радиус параболоида.

Для определения эффективности реальных облучателей их диаграмма направленности в передней полусфере аппроксимируется функцией вида F() = cosⁿ(), где n = 1, 2, 3, … - целые числа. В нашем случае максимальная эффективность зеркальной антенны достигается при n = 1.Тогда _=66, где 2_ - угол раскрыва зеркала.

Фокусное расстояние зеркальной антенны:

f = 20.87 см.

Глубина зеркала:

Схематическое изображение антенны с ее основными геометрическими размерами.

Диаграмма направленности рупорного облучателя:

Диаграмма направленности рупорного облучателя, построенная по аппроксимированному закону изменения поля в раскрыве зеркала:

Ширина диаграммы направленности рупорного облучателя: 2_110.

_{Найдём размеры раскрыва рупорного облучателя с оптимальной длинной}

_{в плоскости Н: в плоскости Е:}

_{a = 8.29 см. b = 5.49 см.}

Оптимальная длина рупорного облучателя:

R_опт=3.12 см.

Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Н:

Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Е:

Диаграммы направленности теоретическая и в плоскостях Е и Н представлены на следующем графике:

На следующем графике в полярной системе координат представлено соответствие полученных диаграмм направленности облучателя использованной при выборе угла раскрыва зеркала и зависимости фокусного расстояния от радиуса зеркала косинусной диаграмме направленности:

Амплитудное распределение поля вдоль зеркала:

Е(х) -- амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в плоскости Е в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя:

F(х) -- амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в плоскости H в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя:

A(x) - аппроксимирующая функция.

_{Графики амплитудных распределений в плоскостях E и H, а таккже аппроксимирующая функция представлены на следующем рисунке:}

Амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, построенное в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя, практически совпадает с аппроксимирующей функцией, что свидетельствует о правильном выборе самой аппроксимирующей функции и геометрических размеров зеркальной антенны.

Диаграмма направленности зеркальной антенны:

Диаграмма направленности зависит от от угла направления через функции Бесселя J1 и J0 по следующим формулам:

_{J0, J1-функции Бесселя нулевого и первого порядка.}

_{ = l0 = 8.5 см.}

Ширина диаграммы направленности: 2_9.86.

_{Уровень боковых лепестков: q = -27.17 дБ.}

_{= 4% = 8.16 см. Отклонение длины волны на –4%.}

Ширина диаграммы направленности: 2_9.63.

_{Уровень боковых лепестков не изменился.}

_{= 4% = 8.84 см. Отклонение длины волны на +4%.}

Ширина диаграммы направленности: 2_10.20.

_{Уровень боковых лепестков не изменился.}

_{При изменении рабочей длинны волны в пределах заданной полосы частот происходит незначительное расширение (сужение) диаграммы направленности при сохранении уровня боковых лепестков.}

_{Коэффициент полезного действия (КПД).}

_{При аппроксимации диаграммы направленности облучателя функцией F() = cos}ⁿ_{() КПД антенны равен  = 1 – cos}²ⁿ⁺¹_{(0). При n = 1 }

_{Коэффициент усиления антенны (КУ).}

КУ (G) антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить подводимую к антенне мощность при переходе от направленной антенны к абсолютно ненаправленной антенне, чтобы получить то же значение напряженности поля в точке приема.

Коэффициент усиления зеркальной антенны равен:

S = R² – площадь раскрыва.

 - коэффициент использования поверхности (КИП) зеркальной антенны, определяется характером амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала.

 - коэффициент полезного действия антенны.

g = эффективность зеркальной антенны.

Угол раскрыва зеркала был выбран из условия максимальной эффективности антенны g=0,82. Коэффициент усиления при этом равен:

_{G = 355.734}

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны.

КНД показывает, во сколько раз мощность излучения в направлении максимума излучения больше мощности излучения в том же направлении абсолютно ненаправленной антенны с такой же подводимой к ней мощностью.

D = 4S².

D = 381.397

_{Точность изготовления антенны.}

Технические допуски на точность изготовления зеркальных антенн определяются допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного. Источниками фазовых ошибок в раскрыве антенны могут быть:

1. отклонение формы зеркала от расчетной;

2. смещение фазового центра облучателя из фокуса параболоида;

3. отклонение волнового фронта поля облучателя от сферического;

При отклонении формы зеркала от расчетной на величину  фазовая ошибка  в раскрыве зеркала равна:

Максимально допустимыми искажения диаграммы направленности будут при <, отсюда получаем величину допуска на точность изготовления зеркала:

Максимальная точность выполнения профиля зеркала должна быть у вершины:

 0.553 см

При смещении из фокуса зеркала фазового центра облучателя вдоль оси параболоида, в раскрыве появляется ошибка:

При < допуск на смещение облучателя из фокуса равен:

, где ₀ = 66º – угол раскрыва зеркала.

 1.863 см

При смещении облучателя вдоль оси параболоида в раскрыве зеркала возникает квадратичная фазовая ошибка. Направление основного лепестка диаграммы направленности остается неизменным, увеличивается лишь его ширина и уровень бокового излучения.

При небольшом смещении облучателя в направлении, перпендикулярном оси параболоида, в раскрыве зеркала возникает линейная фазовая ошибка. В результате диаграмма направленности зеркальной антенны отклоняется от оси параболоида в сторону, противоположную стороне, в которую смещается облучатель, на угол

arc sin (R).

= 3.79.

Форма диаграммы направленности не меняется, так как <2_,

где 2_{}10 – ширина диаграммы направленности антенны при несмещенном облучателе.

_{Коэффициент усиления антенны с учетом неточности изготовления зеркала:}

На практике зеркало антенны всегда выполняется с некоторыми погрешностями. Отклонение  профиля реального зеркала от идеального при правильно организованном технологическом процессе носит случайный характер. Максимальная величина случайной ошибки определяется уровнем технологии и для зеркальных антенн с вероятностью 99% может быть определена следующим образом:

где n = 3 для обычного серийного производства; n = 4…5 – при специальной технологии.

Можно считать, что отклонение профиля  подчиняется нормальному закону распределения с нулевым средним значением и дисперсией ()². При этом с вероятностью 99% максимальное отклонение профиля не превышает:

Дисперсия фазовой ошибки в раскрыве – результат случайного характера  -- равна:

² =0.00095 при n = 3.

С учетом этого коэффициент усиления зеркальной антенны будет равен:

где S = R² – площадь раскрыва; g = 0.82 – эффективность зеркальной антенны.

G = 328.584.

_{Расчет фидерного тракта антенны.}

_{1. Расчет прямоугольного волновода.}

_{Так как антенна рассчитана на сантиметровые длины волн, в качестве основного фидерного тракта используем прямоугольный волновод с волной H10.}

_{Схематическое изображение его части представлено на след. рисунке:}

_{Размеры поперечного сечения волновода выбираются так, чтобы волна H10 находилась в докритическом режиме, а волны высших типов, в частности H20 и H01, в закритическом режиме.}

_{Размер широкой стенки: 0.6 < a <0.9, 5.1 см. < a < 7.65 см. Выбираем a = 6.0 см.}

_{Размер узкой стенки: b < , b < 4.25 см. Выбираем b = 3.0 см.}

_{Материал – латунь.}

_{Толщина стенки – 1.5 мм.}

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы