u_po_kursu__RASPROSTRANENIE_RADIOVOLN_I_ANTE

Федеральное агентство связи Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

Московский технический университет связи и информатики Кафедра технической электродинамики и антенн

Методические указания и задания на курсовую работу по курсу

«Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства» и на курсовой проект по курсу «Устройства СВЧ и антенны» (под. ред. В.В. Чебышева)

для студентов очного отделения 3 курса (специальности 210402, 210405)

и 4 курса (специальности 210302),

для студентов-заочников 4 курса (специальности 210405),

и 5 курса (специальности 210402)

Москва 2009

План УМД на 2010/2011 уч.год

Методические указания и задания на курсовую работу по курсу

«Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства» и на курсовой проект по курсу «Устройства СВЧ и антенны» (под. ред. В.В. Чебышева)

Составители: В.В. Чебышев, д.т.н., профессор – варианты 1,2,3,6,12; В.И. Корнюхин, к.т.н., доцент – варианты 8,9,10,11; В.М. Седов, к.т.н., доцент – варианты 5,6,13; Т.Н. Федотова, к.т.н., доцент – варианты 1,2,3; В.Г. Кочержевский, доцент – варианты 4, 9; А.Б. Прошин, к.т.н., доцент – варианты 7,12; В.Б. Белянский, к.т.н., доцент – вариант 7; К.Н. Худяков, ассистент – вариант 7.

Приводятся контрольные задания для курсовой работы (проекта) и методические указания по их выполнению.

Издание утверждено на заседании кафедры от………………..2009 года Протокол №………..

Рецензент: Т.А. Гайнутдинов, к.т.н., доцент.

2

Общие замечания

Согласно действующих учебных планов по специальностям 210405 и 210402 по курсу «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства» предусмотрено выполнение курсовой работы, а по специальности 210302 по курсу «Устройства СВЧ и антенны» – курсового проекта.

В процессе курсового проектирования студенты получают навыки проектирования, выполнения самостоятельных расчетов, оформления технической и графической документации.

Содержание курсовой работы (проекта).

Курсовая работа (проект) состоит из теоретической, расчетной и графической частей.

Расчетно-теоретическая часть.

Пояснительная записка на расчетно-теоретическую часть оформляется на стандартных листах размером 210х297 мм., с полями шириной не менее 2 см. Текст наносится на листы только с одной стороны, нумерация листов сквозная.

Первый лист записки – титульный (Приложение 1). Он выполняется либо тушью на чертежной бумаге стандартным шрифтом, либо на компьютере (размер шрифта 14 pt). Текстовая часть проекта излагается разборчиво, грамотно и кратко. Сокращения в тексте, за исключением общепринятых, исключаются.

Содержание проекта разбивается на разделы (главы) со сквозной нумерацией.

В проект должны входить следующие разделы:

1.Техническое задание. (Приложение 2). Это задание на проектирование, каждый студент выбирает для себя в данных методических указаниях (МУ) по последней цифре номера своего студенческого билета Студентам очного отделения это задание выдается преподавателем на 1-2-ой неделе текущего семестра.

2.Оглавление

3.Введение (содержит краткую информацию и том, где, в каких устройствах и для каких целей применяется разрабатываемые изделия).

4.Анализ технического задания. Анализ выполняется на базе литературного материала (учебники, монографии, статьи). Здесь разбираются возможные способы реализации поставленной задачи, и обосновывается выбранный вариант.

5.Расчет устройства. В этом разделе поясняется принцип работы устройства, основные физические предпосылки расчета, и методика расчета.

3

Раздел сопровождается необходимыми рисунками, графиками, ссылками на литературу и т.п.

При выполнении расчета на ЭВМ к проекту прикладываются алгоритм расчета, структурная схема программы и ее распечатка с результатами расчета. В проекте необходимо дать обработку машинного эксперимента со всеми необходимыми пояснениями.

6.Заключение. Здесь полученные результаты сравниваются с требуемыми по ТЗ. Обсуждаются и обосновываются несоответствия, если таковые есть.

7.Список литературы.

Объем пояснительной записки не должен превышать 30 страниц рукописного текста для курсового проекта и 20 – для курсовой работы.

Графическая часть.

Курсовой проект (работа) должен содержать два чертежа формата А2 (420х х594 мм), выполненные карандашом на чертежной бумаге или на миллиметровке в соответствии с ЕСКД. Чертежи могут быть также выполнены на компьютере и распечатаны на принтере. На одном листе приводится общий вид изделия, на втором – деталировка всего изделия, либо какого-либо узла, указанного преподавателем.

Защита курсовой работы (проекта).

Курсовая работа (проект) сдается на проверку и рецензирование преподавателю кафедры.

Защита курсового проекта производится на кафедре перед комиссией, состоящей из преподавателей кафедры.

Задание на курсовую работу и курсовой проект

Задания предусматривают разработку тринадцати вариантов: 1- рупорной антенны; 2- диэлектрической стержневой антенны;

3- прямоугольной микрополосковой антенны;

4- антенна базовой станции сотовой связи.

5- рупорно-параболической антенны;

6- ребристо-стержневой антенны;

7- логопериодической антенны;

8- зеркальной параболической антенны;

9- двухзеркальной антенны;

10- волноводно-щелевой антенны; 11синфазной горизонтальной диапазонной (СГД) антенны; 12спиральной антенны; 13ромбической антенны;

4

Каждый студент (разрабатывает одну из этих антенн (какую именно, он определяет по таблице)

Студенты специальности 210405 по таблице 1, Студенты специальности 210402 по таблице 2, а студенты специальности 210302 по таблице 3.

Таблица 1

	Последняя цифра номера	8	5	3	1	0	2	4	6	7	9
	студенческого билета
	Номер варианта	11	5	8	9	10	2	1	12	9	8

Таблица 2.

	Последняя цифра номера	8	5	3	1	0	2	4	6	7	9
	студенческого билета
	Номер варианта	2	1	12	9	4	10	8	8	10	4

Таблица 3.

	Последняя цифра номера	8	5	3	1	0	2	4	6	7	9
	студенческого билета
	Номер варианта	4	2	3	7	12	6	10	8	9	1

По желанию студента ему может быть выдано индивидуальное задание на курсовую работу и курсовой проект. Такое задание может являться любая другая антенна, работающая в системе радиосвязи, радиолокации и т.д.

Вариант №1

1. Задание на проектирование.

Спроектировать рупорную антенну.

Исходные данные:

- рабочая частота – f; -коэффициент усиления – G; -рупор пирамидальный.

	Параметр		Предпоследняя цифра номера студенческого билета
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	f, ГГц	10	8	9,5	10	9	8	9	10	8	9,5
	G,Дб	20	18	15	18	20	15	18	15	20	18

5

2.Методические указания.

1.Исходя из f , рассчитывают по формуле (6.1) [1] стр.152 или берут

рекомендованные размеры поперечного сечения волновода, возбуждающего рупор. Желательно использовать стандартные волноводы (таблица 1) из условия распространения только основного типа волны H10 .

2.Размеры поперечного сечения волновода определяют одновременно размеры горловины рупора.

3.Коэффициент полезного действия рупора полагают равным единице и считают, что коэффициент усиления G равен коэффициенту направленного действия антенны D .

4.По известному КНД ( D ) из графиков определяют оптимальные размеры

рупора.

Для пирамидального рупора D определяют по формуле (6.40 стр.168 [1] и

графикам 6.8 и 6.9 [5] стр.168-169).

5. После определения параметров рупоров проверяют фазовую ошибку в раскрыве по формуле (6.11) стр.155 для плоскости Н и по формуле (6.12) [1] стр.155 [1] в плоскости Е.

Если фазовая ошибка превышает допустимую ( 2 в плоскости Е и по формуле

	3	в плоскости Н), то размеры рупора следует несколько изменить. При
	4

каждом изменении следует производить проверку фазовых ошибок.

6.Рассчитывается диаграмма направленности ДН в плоскости Е по формуле

(6.33) [1] стр.165.

7.Рассчитывается ДН в плоскости Н по формуле (6.32) [1] стр.165

8.Обеспечивается согласование возбуждающего устройства с волноводом. Задаваясь величинами X1 и l1 по формулам (6.18) [1] стр.159 и (6.21) [1]

стр.160 определяется действующая и геометрическая высота штыря, при которой получается требуемое Rвх .

9. По формуле (6.5) [1], стр.153 определяется длина волновода l2 от возбуждающего устройства до горловины рупора 10. По результатам расчета строится конструктивный чертеж антенны с

учетом схемы возбуждения питающего прямоугольного волновода коаксиальным кабелем ([1], стр.152-160).

Литература.

1. «Антенны и устройства СВЧ» под. ред. Воскресенского Д.И.- М.:

Сов. Радио, 1972г. – 320с.

6

Вариант №2

1.Задание на проектирование.

Спроектировать диэлектрическую стержневую антенну.

Исходные данные :

-рабочая длина волны ; -вид антенны: цилиндрическая;

-ширина диаграммы направленности (ДН) по половинной мощности

2 0.5 ;

-волновое сопротивление коаксиальной линии Zв.

2.Методические указания.

1)Выбор диэлектрика зависит от величины r , тангенса угла потерь и из

конструктивных соображений. На практике обычно применяют полистирол с

r =2,5-2,56 ([1] стр. 226).

2)Диаметр диэлектрического стержня a0 , заполняющего круглый волновод, выбирается из соотношения

	a0						(8.5 [1] стр. 226).
			(		1)

3)При выборе длины стержня учитываются следующие соображения.

Из теории антенн бегущей волны известно, что максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня равной

	2 L		1		(8.4 [1] стр.225).
			1

7

4)Коэффициент замедления находится из рис. 8.4 [1] стр.222, зная a0 и

r .

5)Рассчитывается диаграмма направленности в плоскости Е по формуле

8.1 [1] стр.221.

6)Рассчитывается диаграмма направленности в плоскости Н по формуле 8.6 [1] стр. 228, причем множитель cos( ) отсутствует.

7)Коэффициент направленного действия антенны в осевом направлении

вычисляется по формуле (8.8) [1] стр.229.

D (7 8) L

8)Коэффициент усиления антенны зависит от величины тепловых потерь в диэлектрическом стержне, которые обычно пренебрежимо малы. Поэтому коэффициент усиления антенны можно считать равным величине D .

9)Расчет входного сопротивления волноводно-коаксиального перехода осуществляется по формуле 8.9 [1] стр.230. Согласование Zвх с коаксиальным фидером осуществляется подбором величины Rвх из (8.9) [1], равным волновому сопротивлению линии.

10)Длина вибратора определяется из (8.9) [1] стр.230 при условии Rвх=Zв

11)Длина стакана L1 от вибратора до раскрыва круглого волновода выбирается так, чтобы высшие типы волн не искажали распределение поля основной волны в раскрыве волновода. Ослабление ближайших к основной высших типов волн рассчитывается по формуле (8.10)[1] стр.231.

12)По результатам расчетов строится конструктивный чертеж антенны

с учетом схемы питания антенны.

Литература.

1. «Антенны и устройства СВЧ» под. ред. Воскресенского Д.И.- М.:

Сов. Радио, 1972г. – 320с.

Вариант №3

1. Задание на проектирование.

Спроектировать прямоугольную микрополосковую антенну. Исходные данные:

8

Рабочая частота – ;

Относительная диэлектрическая проницаемость подложки – ;

Толщина подложки – h;

Коэффициент стоячей волны на входеКСВ=2;

Волновое сопротивление подводящего коаксиального кабеля-50 Ом

Парамет		Предпоследняя цифра номера студенческого билета
р	0		1	2	3	4	5	6	7	8		9
, МГц	300		350	400	450	500	250	270	290	310		330
	0		0	0	0	0	0	0	0	0		0
	2.3		2.6	9.8	2.3	2.6	9.8	2.3	2.6	9.8		2.3
h, мм	1.5		2.0	0.5	2.0	2.5	1.0	1.6	1.5	1.3		2.5

2. Методические указания

1.Из заданных в таблице значений , и h вычисляется по формуле (6.12) [2] стр.145 ширина излучателя w.

2.По формулам (6.11) [2] стр.145, вычисляется относительная

эффективная диэлектрическая проницаемость и линейное удлинение (укорочение) излучающего элемента.

3.Длина излучающего элемента определяется соотношением (6.10)[2]

стр.145.

4.Относительная ширина подводящей полоски по заданному волновому сопротивлению линии определятся соотношениями (9.35) , (9.36) , (9.37) [2] стр.201.

5.Рассчитывается диаграмма направленности прямоугольного микрополоскового излучателя в плоскости E по соотношению [4]

стр.215.

6.Рассчитывается диаграмма направленности прямоугольного микрополоскового излучателя в плоскости H по соотношению [4]

стр.216.

7.По формулам (6.9) [2] стр.144 или (3.1) (3.2)(3.3)[3] стр.90-

91вычисляется полная входная проводимость прямоугольного микрополоскового резонатора.

8.Сопротивление излучения прямоугольного микрополоскового излучателя определяется по (6.13) [2] стр.147.

9.Добротность прямоугольного микрополоскового излучателя находится из соотношения (6.14) [2] стр.147.

10.Исходя из заданного КСВ определяется ширина полосы частот [2]

стр.150.

11.Используя (4.19) [1] стр.92 графическим методом определяется коэффициент направленного действия, КНД.

12.По результатам расчетов строится конструктивный чертеж антенны с указанием всех размеров.

9

Литература.

1.Кочержевский Г.Н., Антенно-фидерные устройства.-М.; Связь,1972.-470с.

2.Нефедов Е.И.,Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн.-М.; Академия, 2006.-315с.

3.Панченко Б.А.,Нефедов Е.И.,Микрополосковые антенны.-М.;Радио и связь,1985.-144с.

4.Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И.Устройства СВЧ и антенны.-М.; Радиотехника,2006.-375с.

Вариант №4

1. Задание на проектирование.

Спроектировать антенну базовой станции сотовой системы подвижной радиосвязи в виде плоской прямоугольной антенной решетки (АР), состоящей из вертикальных полуволновых вибраторов, расположенных параллельно прямоугольному металлическому экрану на расстоянии четверти длины волны от него. (Такая конструкция называется панельной антенной)

Определению или выбору подлежат:

-шаг антенной решетки по горизонтали;

-шаг антенной решетки по вертикали;

-количество вибраторов в этаже АР, (т.е. в горизонтальном ряду);

-количество этажей АР, (т.е. число вибраторов в вертикальном ряду);

-входное сопротивление отдельного вибратора с учетом наведенных - сопротивлений от соседних вибраторов;

-волновые сопротивления питающих коаксиальных кабелей;

-размеры экрана.

Кроме этого, должна быть разработана система питания вибраторов АР на основе коаксиальных кабелей. Все вибраторы должны быть возбуждены синфазно с одинаковой амплитудой. У каждого вибратора должно иметься симметрирующее устройство произвольного типа по выбору студента и согласующее устройство в виде так называемой четвертьволновой вставки.

10