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

33 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

42330. Выборка данных 173.5 KB
  Изучить используемый в реляционных СУБД оператор извлечения данных из таблиц. Получить навыки работы с оператором SELECT в программе "IBExpert". SELECT [DISTINCT LL] { величина [ величина ]} [INTO :Переменная [ :Переменная ]] FROM tbleref [ tbleref ] [WHERE условие поиска ] [GROUP BY Колонка [ Колонка ]] [HVING условие поиска ] [UNION [LL] select_expr ] [ORDER BY список сортировки ]; величина = {Колонка :Переменная константа выражение функция udf [ величина [ величина ]] NULL USER} [S Псевдоним] константа = Число 'Строка' выражение = SQL выражение возвращающее единичное значение функция = COUNT [LL] величина DISTINCT величина SUM [LL] величина ...
42331. Хранимые процедуры (Procedures) 113.5 KB
  Хранимые процедуры Цель работы Изучить виды используемых в Firebird хранимых процедур. Теоретические сведения Хранимые процедуры Procedures Хранимая процедура – это откомпилированная во внутреннее представление сервера СУБД подпрограмма хранящаяся в базе данных. Хранимые процедуры пишутся на специальном языке хранимых процедур и триггеров в котором имеются операторы присваивания ветвлений и циклов и в которых можно использовать операторы SQL такие как INSERT DELETE UPDTE и SELECT. Хранимые процедуры позволяют переносить часть...
42332. Разработка концептуальной модели базы данных 233 KB
  Добавьте следующие элементы в структуру данных сущности FIRMS: Имя атрибута Назначение ID Идентификатор партнера Nme Наименование партнера ddress Адрес City Город Phone Телефоны EMil Адрес электронной почты Person Контактное лицо FinDelt Финансовое сальдо ChngDelt Обменное сальдо Coeff Коэффициент скидки наценки RetDys Количество дней для возврата В структуру данных сущности BOOKS добавьте следующие элементы: Имя атрибута Назначение ID Идентификатор книги Nme Название книги uthor Авторы Publish Издательство Yer Год выпуска Pges Количество...
42333. Разработка реляционной модели базы данных 232 KB
  Разработка реляционной модели базы данных Цель работы Изучить виды моделей данных. Получить навыки разработки реляционной модели данных с помощью CSEсредства Open ModelSphere. Теоретические сведения Что такое реляционная модель данных Реляционная логическая модель данных это модель данных логического уровня для реляционной СУБД но не привязанная ни к какой конкретной СУБД. Перед созданием реляционной модели данных необходимо изучить такие понятия этоой модели данных как таблицы столбцы; первичные потенциальные и внешние ключи;...
42334. Технология программирования Active Server Pages 91.5 KB
  По расширению файла . Функции и выражения для работы с файлами При осуществлении открытия фала в одном из режимов мы будем работать с объектом типа FileSystemObject который обладает всеми необходимыми методами для работы с фалами. В нашем случае с её помощью мы будем создавать объект типа FileSystemObject и использовать его для работы с файлами.FileSystemObject с именем objFSO OpenTextFile Это метод возможно использовать для открытия файла и получения его файлового дескриптора.
42335. Переход в РНР 137.5 KB
  Стандартные теги Стандартные теги используются программистами РНР чаще остальных способов что объясняется наглядностью и удобством этой формы записи: php print Welcome to the world of PHP ; У стандартных тегов есть еще одно дополнительное преимущество: за открывающей конструкцией следуют символы php однозначно определяющие тип дальнейшего кода. Короткие теги Короткие теги обеспечивают наиболее компактную запись для перехода в РНР: print Welcome to the world of PHP ; По умолчанию короткие теги не используются их нужно...
42336. Планирование заданий в многопроцессорных системах 32 KB
  Методические указания В компьютерной системе 5 процессоров. Все процессоры разные по производительности и набору команд. Каждая задача задается следующим образом: Zперечень процессоров сложность количество операций.
42337. Чисельні методи - обєктно-орієнтований підхід 107.5 KB
  Курс Чисельні методи, як і будь-який інший, побудовано за принципом від простого до складного, тому методи, що їх розглядають у перших розділах програми, виявляються складовими частинами алгоритмів, що розглядаються на подальших етапах. Це дозволяє побудувати роботу над програмним забезпеченням так, щоби не робити дурної роботи двічі, а то і тричі. Хоча, в принципі, формально немає заборони кожен програмний проект розробляти з самого початку, аби все було правильно.