- •Московский государственный технический университет
- •Задание 1. Расчёт линии передачи высокочастотного диапазона
- •14,1 Мм а11,4мм; b6,375мм.
- •Задание 2. Расчет объемного резонатора
- •Задание 3. Тропосфера и её влияние на распространение радиоволн
- •3.1.Состав и строение тропосферы
- •3.2.Диэлектрическая проницаемость и показатель преломления тропосферы
- •3.3. Рефракция радиоволн в тропосфере
- •3.4. Поглощение радиоволн в тропосфере
- •Список литературы:
- •Приложение 1
Московский государственный технический университет
Кафедра …
КурсовАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Электродинамика и распространение радиоволн».
На тему:
«Расчет линии передачи и элементов СВЧ»
Выполнил:
студент группы БИ 4-1
…
Курсовая работа
защищена с оценкой
Руководитель:
(дата, подпись руководителя)
Москва -2008
Содержание
… 1
Курсовая работа 1
ЗАДАНИЕ 3
ЗАДАНИЕ 1. 5
РАСЧЁТ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИАПАЗОНА 5
ЗАДАНИЕ 2. РАСЧЕТ ОБЪЕМНОГО РЕЗОНАТОРА 13
ЗАДАНИЕ 3. 16
ТРОПОСФЕРА И ЕЁ ВЛИЯНИЕ 16
НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН 16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: 22
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 23
ЗАДАНИЕ
Данные для расчета линии передачи:
Полоса рабочих частот - ∆ƒ= 15,15–19, ГГц
Напряженность поля - Е= 85, В/м
Удельный объём проводимости - γ = 106, 1/Ом∙м
Длина линии l = 2, м
Тип волны Н10
Форма сечения волновода прямоугольная
Длительность импульса τ = 10-7, с
Пробивная напряженность Епроб=3, кВ/мм
КБВ = 0,8
КСВ=1,2
Данные для расчета объемного резонатора:
Форма – параллелепипед
Тип колебаний E110
ε = 1,7
Проводимость материала стенок γ= 107, 1/Ом∙м
Е= 200, В/м
R=28, см
d=20, см
a=20, см
b=10, см
Задание 1. Расчёт линии передачи высокочастотного диапазона
Выбираем поперечные размеры прямоугольного волновода по заданным рабочим частотам.
Предварительно найдем длины волн рабочего диапазона:
; ,
где - так как волновод заполнен воздухом.
, м,
, м.
Так как в данном варианте используется прямоугольный волновод и волна типа Н10, то условие для выбора размеров волновода:
λмин а λмах; bа / 2.
В данном случае получаем:
14,1 Мм а11,4мм; b6,375мм.
Получив данные неравенства, выбираем волновод типа R180 из таблицы 1, параметры которого: ∆ƒ= 14,5–22,0 ГГц; a=12,954 мм; b=6,477 мм.
Найдём значения Kx, Ky, Kz.
Для прямоугольного волновода значения Кx и Кy равны:
; ,
где m, n – индексы, которые ставятся около названия волны (Нmn где m = 0,1,2,3…; n = 0,1,2,3…).
, рад/м,
, рад/м.
Коэффициент фазы в волноводе
,
где - для прямоугольного волновода;
и – так как диэлектриком служит воздух;
Получаем , так как, Ку=0
рад/м.
Записать выражение для поля заданного типа волны.
Для прямоугольного волновода из решения уравнений Максвелла с выполнением граничных условий на идеально проводящих стенках получаются решения для комплексных амплитуд поля волн типа Нmn:
;
;
;
;
;
где ;
;
–начальная фаза напряженности магнитного поля, рад;
–действительная амплитуда напряженности продольного магнитного поля, А/м;
,–комплексные амплитуды напряженности электрического поля, В/м.
, А/м;
, А/м;
, А/м;
, В/м;
, В/м;
, В/м.
Найти поперечные размеры волновода при работе с высшими типами волн (при заданной рабочей волне H10 – найти размеры для волны H20). Показать, в каком случае поперечные размеры получаются меньше – при работе с основной или с высшей волной.
Найдем поперечные размеры волновода для волны H20
а > λмах; b < 2λмin;
а > 0.019 м; b < 0.00785 м
отсюда видно, что размеры волновода для волны типа H20 больше, чем у H10.
Найти критическую частоту и критическую длину волны заданного типа.
В прямоугольном волноводе критическая частота волны типа Н10 равна:
,
где – так как волновод заполнен воздухом.
, рад/с;
, м.
Найдём длину волны в волноводе, фазовую и групповую скорости на средней длине волны.
Длина волны в волноводе, фазовая и групповая скорости вычисляются для прямоугольного волновода по формулам:
,
где ;
–в соответствии с заданием;
- в волноводе, заполненном воздухом;
;
, м;
, м;
;
, м/с;
,
где .
, м/с.
Найти максимально допустимую длину волновода, при которой не наблюдалось бы заметных искажений формы сигнала при работе короткими импульсами высокой частоты и длительностьюс.
Максимально допустимая длина волновода, при которой искажения еще невелики
,
где - разность двух крайних частот спектра.
=14,5, ГГц; ,Гц;
, м;
м.
Рассчитать предельную мощность в волноводе на средней частоте при выбранных его стандартных размерах. Найти пробивную мощность при КСВ=1,2, максимально допустимую мощность и сравнить ее с рабочей мощностью.
Предельная мощность в прямоугольном волноводе на средней частоте и волне типа Н10:
.
, Вт.
Пробивная мощность КСВ,
где КСВ – коэффициент стоячей волны.
, Вт.
Максимально допустимая мощность
.
кВт.
Рабочая мощность (мощность, проходящая по волноводу)
;
Вт.
где – амплитуда максимального значения электрического поля.
В задании именно это максимальное значение поля задано.
Проверим, выполняется ли условие
<< .
Вт << кВт
Условие выполняется.
Найти коэффициент затухания на средней частоте.
Коэффициент затухания волн типа Н10 в прямоугольном волноводе при воздушном заполнении равен
, дБ/м ,
где – удельное поверхностное сопротивление
, Ом,
где - удельная объемная проводимость стенок.
, Ом;
, дБ/м.
Найти отношение амплитуд поля (при x = const и y = const) и мощностей на расстоянии l м при рассчитанной величине коэффициента затухания.
Отношение амплитуд поля и отношение мощностей можно найти из следующей формулы
, дБ/м;
Определить, на каком расстоянии амплитуды поля волн H20 в прямоугольном, находящихся в закритическом режиме, уменьшаются не менее чем в сто раз, если частота равна средней частоте диапазона (надо предварительно найти волны H20).
Расстояние , на котором поле волны, находящейся в закритическом режиме, уменьшается в 100 раз на средней частоте диапазона, находится так:
;
.
Критическая длина волны типа при выбранных размерах прямоугольного волновода
, м.
Коэффициент закритического затухания
,
где - для воздуха.
, рад/м.
Откуда расстояние, на котором поле уменьшится в 100 раз, равно
, м.
Найти КПД несогласованной с нагрузкой линии передачи при длине линии l и КБВ = .
Коэффициент полезного действия несогласованной с нагрузкой линии передачи
КПД = ,
где - модуль коэффициента отражения;
- коэффициент затухания в Нп/м;
- длина линии.
Модуль коэффициента отражения
,
где КСВ = 1/КБВ.
КСВ = 1/0,8=1,25;
Коэффициент затухания
,
, Нп/м.
При расчете КПД величина
находим