Министерство образования и науки РФ

РГРТУ

Кафедра РУС

Курсовой проект

по дисциплине:

«H-плоскостная рупорная антенна с корректирующей линзой в раскрыве»

Выполнил:

Дружелюбный сосед Человек Паук

Проверила:

Кулакова М.В.

Содержание:

Введение 2

1.Основная часть 3

1.1. Расчет основных параметров антенны 3

1.2. Расчет Линзы 6

1.3.Выполнение конструктивных требований 9

Заключение 11

Список литературы 12

Введение

По заданию необходимо спроектировать передающую H-плоскостную рупорную антенну с корректирующей линзой с рабочей частотой , с углом раскрыва рупора в горизонтальной плоскости.

H-плоскостной рупор имеет широкий раскрыв. Для обеспечения малости фазовых искажений он необходимы большие геометрические размеры длины и ширины рупора.

Есть два способа решения задачи уменьшения размера антенны. Один из них - применение корректирующих линз в раскрыве. Им мы и воспользуемся в данной работе. Установим в рупор металлопластинчатую линзу, за счет чего, будет сокращена длина рупора.

1. Основная часть

1. Расчет основных параметров антенны

Необходимо спроектировать H-плоскостную рупорную антенну с корректирующей линзой с диапазоном волн и углом раскрыва рупора .

[3]

По справочным данным из методического указания произведем выбор питающего волновода. Рабочая частота по заданию:

Для этой частоты подходит волновод МЭК-32,

работающий в диапазоне от 2,65 до 3,95 ГГц, т.к. заданная рабочая частота попадает в этот промежуток.

Ниже приведем его основные параметры:

Внутренние размеры:

- ширина (a1) 72,14 мм

- высота (b1) 34,04 мм

- толщина стенки 2,030 мм

Внешние размеры:

- ширина (a2) 76,2 мм

- глубина (b2) 38,1 мм

Теперь мы можем рассчитать некоторые параметры излучателя

- поперечный размер раскрыва рупора [3].

Зная размер и угол раскрыва рупора, мы можем найти его продольные размеры [3].

Решаем систему уравнений и получаем:

Где и – продольные размеры рупора.

Для рупорной антенны диаграмма направленности в главных плоскостях E и Н в первом приближении строится по следующим формулам [3]:

(рис. 1)

(рис. 2)

(рис. 1)

Из графика видно, что ширина по нулевому значению θ₀ = 360°, а ширина по уровню половины мощности θ_0,5 = 150°.

(рис. 2)

Из этого графика мы можем узнать, что ширина по нулевому значению θ₀ = 20°, а ширина по уровню половины мощности θ_0,5 = 8°. Также можем узнать уровень первых боковых лепестков F(12,5 °) = 0,08 или 20lg(0,08) = -21,93.

2. Расчет Линзы

Теперь необходимо приступить к расчету линзы.

Расстояние между пластинами определим по формуле [2]:

Нужно, чтобы соблюдалось соотношение

При этом

Пусть n=0.8, где n – коэффициент преломления среды.

Теперь необходимо найти значение толщины и фокусного расстояния линзы. Воспользуемся графиком зависимости относительной величины фокусного расстояния от относительной толщины металлической линзы при заданном коэффициенте преломления (рис. 3) [2]. Выберем значение на кривой n=0,8 c минимальными значениями искомых велечин.

(рис. 3) График зависимости относительной величины фокусного расстояния от относительной толщины металлической линзы.

(рис. 4) Толщина и расстояния между пластинами

Считаем, что и можем оценить, во сколько раз уменьшили длину рупора за счет применения металлопластинчатой линзы.

Количество пластин в линзе определяется по формуле [3]:

Построим диаграмму направленности рупора в H-плоскости с учетом корректирующей линзы в разрыве. Для этого воспользуемся соотношением [3]:

(рис 5)

Где

(рис. 5) F(η)

Из этого графика видно, что ширина по нулевому значению θ₀ = 19,4°, а ширина по уровню половины мощности θ_0,5 = 7,6°. Также можем узнать уровень первых боковых лепестков F(12,5°) = 0,09 или 20lg(0,09) = -20.9Дб.

Сравним ширину диаграммы направленности F(η) и F(θ). Они практически идентичны и отличаются незначительно. Уровень первых боковых лепестков отличается также незначительно.

Оценить КНД антенны можем по формуле: , где -геометрическая поверхность раскрыва, – апертурный коэффициент использования площади, который для оптимальной рупорной антенны равен 0,5 [3].

2. Выполнение конструктивных требований

По техническому заданию, нам необходимо обеспечить соединение антенны стандартным дроссельным фланцем или коаксиальным разъемом сопротивлением 50 Ом. Мы выбиваем первый вариант, так как дроссельно-фланцевые соединители применяются в тех случаях, когда соединение двух волноводных линий должно обеспечивать минимальный коэффициент отражения в узком частотном диапазоне. Этот тип соединителей более надежен в эксплуатации, когда требуется производить частые сборки и разборки соединения.

Соединитель состоит (рис. 7а) из плоского фланца 2 и фланца 3 с кольцевой выточкой (дроссельной канавкой) вдоль оси волновода и проточкой в поперечной плоскости. В дроссельном фланце контакт между волноводами осуществляется через последовательный короткозамкнутый шлейф длиной λв/2, выполненный в виде канавок и углубления внутри фланца. Четвертьволновый участок между точкой короткого замыкания А и точкой контакта В является коаксиальным волноводом с волной типа Н11, а второй четвертьволновый участок между точкой контакта В и точкой включения шлейфа в волновод С является отрезком радиальной линии передачи. Точка контакта попадает в узел распределения продольного поверхностного тока J, поэтому на сопротивлении контакта r не происходит заметного выделения мощности. Виртуальное короткое замыкание между соединяемыми волноводами в точке С обеспечивается тем, что суммарная длина дроссельных канавок от точки А до точки С составляет полуволновую короткозамкнутую линию. Входное сопротивление такой линии оказывается равным нулю, и энергия высокочастотных колебаний беспрепятственно распространяется в месте соединения волноводов. Соединение дроссельных фланцев осуществляется при помощи винтов, накидной, стягивающей гайки, или струбцин.

Для защиты полости тракта от внешних воздействий мы применим уплотнительную прокладку. Дроссельные фланцы не критичны к качеству контакта и небольшим перекосам, не снижают электрической прочности тракта.

Тип волновода	a	b	h	A	B	S	C	D	t	Lap
МЭК-32	72,4	34,04	2,03	130	90	8,0	84,3	98,6	0,91	21,8

Заключение

В данной работе была разработана рупорная антенна с корректирующей линзой с некоторыми заданными параметрами.

За счет использования металлопластинчатой линзы можно уменьшить её длину в 1,77 раз.

КНД данной антенны равняется 12,5 Дб.

Также, была построена диаграмма направленности этой антенны и был выполнен её эскиз.

Список литературы

1. Антенны и устройства СВЧ / под ред. Воскресенского Д.И. – М: Советское Радио, 1972.

2. Драбкин А.Л. и др. Антенно-фидерные устройства. – М: Советское Радио, 1974.

3. Львова И.А. Методические указания к курсовой работе «Устройства СВЧ и антенны».