88199

Расчет рупорной антенны c амплитудным и фазовым распределением на частоте 120 МГц

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В данной работе требуется рассчитать рупорную антенну для частоты 120МГц: Размеры волновода Размеры рупора длину площадь раскрыва рупора угол раскрыва КНД антенны Построить ДН 1 Методические указания Рупорные антенны относятся к классу апертурных антенн у которых направленное излучение формируется...

Русский

2015-04-27

129.24 KB

40 чел.

ВВЕДЕНИЕ

Рупорные антенны - один из основных видов антенн СВЧ диапазона волн. Простота конструкции, удобство выполнения расчетов при хорошем  совпадении  теории  и  эксперимента,  отсутствие  потерь  в  тракте питания - вот  те  преимущества, которые  позволяют  использовать  данный тип антенн для различных практических целей и применять их в качестве эталонных для проведения различных измерений.

В данной работе требуется рассчитать рупорную антенну для частоты 120МГц:

– Размеры волновода

– Размеры рупора (длину, площадь раскрыва рупора, угол раскрыва)

– КНД антенны

– Построить ДН


1 Методические указания

Рупорные антенны относятся к классу апертурных антенн, у которых направленное излучение формируется плоской поверхностью раскрыва  S. Простейшей апертурной антенной является открытый конец волновода. Однако ввиду сравнительно малых размеров излучающей апертуры по отношению к длине волны, такая антенна имеет слабую направленность. Для увеличения направленности применяют рупорные антенны. На рисунке 1.1а по-казан Е-секториальный рупор, расширяющийся в плоскости вектора Е с по-степенным увеличением размера  b. Н-секториальный  рупор (см. рисунок 1.1б) расширяется в плоскости вектора Н с постоянным увеличением размера а. Такое название рупора получили из-за следующего: в волноводах на прак-тике используют простейший тип волны, а в прямоугольных волноводах таковым является волна Н10, структура поля которой напоминает картину электрического поля в плоском конденсаторе; расширение рупора в плос-кости соответствующего вектора поля и дает названия Е-секториальный и Н-секториальный рупор.

Рисунок 1.1 – Типы рупорных антенн

Если увеличить оба размера волновода, то получается пирамидальный рупор с раскрывом S=aH·aE (рисунок 1.1в). В отличие от секториальных рупоров диаграмма направленности сужается как в Е-, так и в Н-плоскостях.

Направленные свойства рупорной антенны приближенно можно оценить используя метод Гюйгенса-Кирхгофа. В соответствии с этим методом поле излучения любой апертурной антенны можно рассчитать путем сложения  полей излучения элементарных площадок, расположенных непрерывно по всей излучающей поверхности антенны, В данном случае излучающей поверхностью является поверхность раскрыва рупора. Поскольку в рупоре в основном сохраняется тот же характер поля, что и в волноводе, то принимают, что на апертуре существуют две взаимно-перпендикулярные тангенциальные составляющие поля ЕУ и НХ, амплитуды которых не зависят от координаты у, а вдоль координаты х изменяются по закону косинуса. Однако в отличие от поверхности открытого конца волновода, апертура рупора не может быть возбуждена синфазно, так как в рупоре распространяется цилиндрическая (в секториальных) или близкая к сферической (в пирамидальных) волна.

Для расчета фазового распределения по апертуре рупора (рисунок 1.2) найдем фазу поля в точке М на расстоянии X от центра апертуры, причем фазу поля в точке X = 0 примем за нулевую. Из геометрических соображений нетрудно найти, что уравнение распределение фазы имеет вид

Рисунок 1.2 – Фазовое распределение по апертуре

Видно, что распределение фазы поля по апертуре рупорной антенны подчинено квадратичному закону, причем фазовая ошибка тем меньше, чем больше длина антенны  R . При аналогичных расчетах, проведенных для пирамидального рупора

где RH и RE - длина рупора в Н- и Е-плоскостях соответственно. Макси-мальный сдвиг фазы имеет место при

 и  .

Тогда максимальный сдвиг фазы пирамидального рупора равен

Диаграмма направленности излучающей поверхности с квадратичным фазовым распределением, рассчитанная по методу Гюйгенса-Кирхгофа определяется математическим выражением, содержащим интегралы Френеля [I]. Следует иметь в виду, что диаграммы направленности в плоскостях Е и Н оказываются несовпадающими в силу различного характера  распределения амплитуды поля от координат X и У. Из рисунков 1.3а и 1.3б видно, что ширина диаграммы направленности больше (при одинаковых a и b ), а уровень бокового излучения рупорной антенны меньше в плоскости Н чем в плоскости Е, причем это различие вызвано только характером распределения поля по апертуре. В случае отсутствия квадратичных фазовых ошибок рупорная антенна носит название идеальной, у неё RН и RE очень велики, а формулы для расчета диаграммы направленности значительно упрощаются:

Для плоскости Е

ширина диаграммы направленности и боковые лепестки:

– по нулевому уровню  ,

– по уровню половинной мощности  ,

– уровень первого бокового лепестка равен 0,21 или -13,2 Дб.

Для плоскости H

ширина диаграммы направленности и боковые лепестки:

– по нулевому уровню  ,

– по уровню половинной мощности  ,

– уровень первого бокового лепестка равен 0,066 или -23 Дб.

Рисунок 1.3 – Диаграммы направленности рупорной пирамидальной антенны

Расширение диаграммы направленности во втором случае объясняется тем, что при косинусоидальном амплитудном распределении периферийные элементарные площадки апертуры возбуждены слабее и оказывают малое влияние на общее поле излучения, т.е. эквивалентный размер апертуры как бы уменьшается. Это общая закономерность проявляется в апертурных антеннах и антенных решетках. Чем сильнее спадает амплитуда поля к краям апертуры – тем шире главный лепесток диаграммы направленности и тем меньше уровень боковых лепестков: [1; 4; стр. 13].


2 Расчет пирамидального рупора

Рассчитаем длину волны λ и волновое число k:

,

где  – скорость света, f – частота (по заданию f = 120 МГц).

По полученному значению λ выберем волновод марки R100 c размерами a·b = 2,286·1,016 мм.

Рассчитаем коэффициент направленного действия рупора:

где  – коэффициент использования площади ( S – площадь раскрыва рупора (S = a1·a2, где a1 = 8 м, a2 = 5 м).

Найдем значения оптимальных длин рупора в плоскостях E и H:

Для пирамидального рупора эти длины могут быть различными и не совместимыми, поэтому используем уравнение «стыковки рупора с волноводом»:

Чтобы фазовые искажения в раскрыве не превысили допустимых, большее значение длины h принимаем за постоянное число и выражаем меньшее значение через большее.

Подставляем полученные значения длин рупора в уравнение «стыковки рупора с волноводом»:

Рассчитаем углы раскрыва рупорной антенны:

Рассчитаем и построим ДН рупора:

а) В плоскости H, на рисунке 2.1 представлена амплитудная ДН

Рисунок 2.1 – ДН в плоскости H

Ширина ДН по уровню 0,5: Q0,5 = 4,8о

б) В плоскости E, на рисунке 2.2 представлена амплитудная ДН


Рисунок 2.2 – ДН в плоскости E

Ширина ДН по уровню 0,5: Q0,5 = 4,6о 


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе была рассчитана рупорная антенна c амплитудным и фазовым распределением на частоте 120 МГц. Для этого были проведены расчеты:

– размеры волновода (волновод марки R100 c размерами a·b = 2,286·1,016 м);

– размеры рупора (S – площадь раскрыва рупора (S = a1·a2, где a1 = 8 м, a2 = 5 м), длина рупора hH = 8,53 м, hE 8,52 м, угол раскрыва рупора QH = 50,3o, QE = 37,7o);

– КНД излучателя D = 40,2,.

Проведя расчеты, были построены графики ДН, которые представлены на рисунках 2.1 и 2.2.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРА

1. Антенны и устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам. Часть 1 / Под ред. А.В. Рубцова. Рязань, 2006.

2. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов / Под ред. Д. И. Воскресенского. М. : Сов. радио, 1972.

3. Д.М. Сазонов «Антенны и устройства СВЧ», Москва «Высшая школа» 1988год.

4. Антенны и устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам. / Под ред. В.В. Клоков, С.Н. Павликов, 2008.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27239. Поясніть формування загального (TR), середнього (AR) та граничного (MR) доходу і відобразіть їх графічно 118.37 KB
  Звичайний дохід фірми формується за рахунок грошових надходжень від основної діяльності.Капітальний дохід – це дохід фірми від перепродажу виробничих фондів землі майна та фінансових активів.Дивідендний дохід – це дохід від акцій інших фірм яким володіє фірма. Основним видом доходу фірми є звичайний дохід.
27240. Обґрунтуйте теоретично, алгебраїчно та графічно правило граничного випуску і правило закриття. Охарактеризуйте механізм їх дії на ринку досконалої конкуренції 39.34 KB
  конкурентної фірми для монополії існують також умова беззбитковості коли і умова закриття коли . Тому правило граничного випускуMR = MC яке ми визначили для конкурентної фірми є універсальною не обхідною умовою максимізації прибутку для всіх типів ринкових структур. Як і для конкурентної фірми для монополії існує закриття .З’ясувавши таким чином як зростає доход конкурентної фірми по мірі продажу додаткової одиниці товару можна перейти до розгляду того якими є умови визначення конкурентною фірмою обсягу пропозиції її продукції що...
27241. Виведіть рівновагу конкурентної фірми в короткому періоді при загальному та граничному підходах. За яких умов конкурентна фірма максимізує прибуток 33.33 KB
  Максимізація прибуткуконкурентною фірмою Мета фірми максимізація прибутку. Максимізація прибутку це максимізація різниці між валовим доходом і валовими витратами: ТК ТС. Передбачається що фірма враховує зміни величини витрат у процесі випуску продукції і вибирає той його обсяг який дасть максимум прибутку що і буде відповідати максимальній різниці ТR ТС. Основні підходидо визначеннямаксимізаціі прибутку Сукупнийаналіз використовує зіставлення сукупних величин.
27242. Проаналізуйте наступні варіанти вибору конкурентною фірмою оптимального випуску та оптимальної ціни: а) максимізації прибутку; б) мінімізації збитків; в) випадок незбитковості 32.41 KB
  Якщо ціна не менше від середніх змінних витрат Р =АVС то фірма повинна виробляти оптимальний рівень випуску. графік Максимізації прибутку конкурентною фірмою Максимізація прибутку досягається коли відрізок між TR і ТС найбільший відрізок АВ TR TC обсяг випуску Q. Точки С і D – точки критичного обсягу випуску продукції коли ТС = TR.
27243. Виведіть рівновагу на ринку досконалої конкуренції в довгому періоді. Яка умова цієї рівноваги? Як співвідносяться досконала конкуренція та ефективність 31.98 KB
  Вільний вхід і вихід з галузі; 5. Якщо умови діяльності несприятливі для фірми то вона може піти з ринку галузіДосконала конкуренція припускає рівний доступ всіх фірм до ресурсів у тому числі і до технологічної інформації. Тому в довгостроковому періоді кожна фірма може вибрати і реалізувати найефектніший варіант виробництва внаслідок чого криві загальних витрат всіх фірм однієї галузі буде ідентичний і можна говорити що в довгостроковому періоді галузь складається з однакових або типових фірм. Довгострокова крива галузі в цьому...
27244. Охарактеризуйте ознаки і причини існування монополії. Визначте ціну і обсяг виробництва в умовах чистої монополії 15.67 KB
  Визначте ціну і обсяг виробництва в умовах чистої монополії Економічна монополія є найпоширенішою. Коли монополіст вирішує підвищите ціну продукту йому нема чого турбуватися про конкурентів які знизивши ціну можуть захопити більшу частину ринку. Але це не означає що монополіст може призначати ціну яку він захоче. Призначаючи ціну нижче ціниконкуруючих фірм той або інший продавець може розраховувати на деякийзбільшення обсягу продажів.
27245. Як співвідноситься монополістична конкуренція з монополією та досконалою конкуренцією? Охарактеризуйте монополістичну конкуренцію і покажіть, як визначаються ціна та обсяг виробництва в умовах монополістичної конкуренції 18.2 KB
  монополі сти чно конкурентні фірми випускають подібні товари які мають багато замінників то попит на продукт кожної фірми є еластичний і подібно до монополії фірма займається пошуком оптимальної ціни і обсягу виробництва продукту які забезпечують їй максимальний прибуток Досконала конкуренція форма організації ринку яка передбачає конкуренцію великої кількості продавців і покупців і при цьому змагання між суб´єктами господарювання з метою отримання завдяки власним досягненням переваг над іншими суб´єктами господарювання відбувається...
27246. Визначте характер попиту на ресурси. Розкрийте механізм розподілу доходів у відповідності з теорією граничної продуктивності 24.8 KB
  Визначте характер попиту на ресурси. Попит на ресурси на відміну від попиту на споживчі блага пов'язаний з виробництвом яке здійснює конкретне підприємство фірма. Оскільки метою підприємства є максимізація прибутку то нею визначається й обсяг попиту на ресурси. Для розуміння процесу формування попиту на ресурси необхідно враховувати два моменти: 1 попит на ресурси залежить від попиту на економічні блага вироблені з цих ресурсів тобто попит на ресурси має похідний характер від попиту на продукти; 2 ціни на ресурси залежать від типу...
27247. Механізм ціноутворення на ринку праці. Проаналізуйте модель монопсонії і наведіть приклади монопсонічного ринку з української дійсності. Охарактеризуйте форми і системи заробітної плати 27.01 KB
  График спроса на труд монопсониста это снижающаяся часть кривой предельной доходности труда D = MRPL. Для получения максимальной прибыли монопсонист должен нанять такое количество рабочих при котором предельная доходность труда равна предельным издержкам труда MRPL = MRCL Для получения максимальной прибыли монопсонист должен нанять такое количество рабочих при котором предельная доходность труда равна предельным издержкам труда MRPL = MRCL. Однако монопсонист не будет устанавливать рабочим ставку заработной платы соответствующую...