Проектирование решетки диэлектрических стержневых антенн (стр. 1 из 2)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РАДИОУПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ

курсовой проект

по дисциплине «Антенны и устройства СВЧ»

Выполнил: студент гр. 315 Климцов П.В.

Руководитель: ст. преподаватель Рендакова В.Я.

Рязань 2006

Содержание

Задание на курсовой проект

Введение

1.Теоретическая часть(диелектрическая стержневая антенна)

2. Расчетная часть

2.1 Расчет одиночного излучателя

2.2 Расчет антенной решетки

2.3 Расчет конструкции

Заключение

Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ

Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее излучение и прием, является неотъемлемой частью любой радиотехнической системы.

В настоящее время существует большое многообразие различных антенн, в данной курсовой работе требуется спроектировать решетку диэлектрических антенн, которая собрана из стержневых диэлектрических антенн.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Диэлектрические стержневые антенны относятся к антеннам бегущей волны с замедленной фазовой скоростью(

).

Основными элементами стержневых диэлектрических антенн являются волновод 1, обойма 2, диэлектрический стержень 3(рис.1). Применяются стержни прямоугольного и круглого сечения.

Наряду со стержнями применяются диэлектрические трубки.

Поперечное сечение стержней, как правило, сужается от обоймы к свободному концу, а трубок – чаще остается постоянным по всей длине. Коническая форма стержня обусловлена тем, что в этом случае антенна хорошо согласуется со свободным пространством.

Из-за конструктивных и технологических преимуществ больше распространены трубки и стержни круглого сечения. Внутренняя полость металлической обоймы возбуждается при помощи коаксиального фидера или волновода и сама является, по сути, отрезком волновода, в свою очередь обойма возбуждает диэлектрический стержень, который является по сути своей диэлектрическим волноводом.

Стержневые диэлектрические антенны применяются на границе сантиметрового и дециметрового диапазонов.

Из теории диэлектрических волноводов известно, что в них могут распространяться как симметричные так и не симметричные волны. Симметричные волны, как правило, не используются в стержневых диэлектрических антеннах, т.к. вследствие осевой симметрии они не излучают вдоль оси стержня. Наиболее благоприятным для излучения энергии является тип волны

, конфигурация электрического поля для этого типа волны изображена на рис.2:

С помощью одного стержня удается сформировать диаграмму направленности (ДН) шириной не меньше 20-25 градусов. В случае если данная ширина ДН не удовлетворяет предъявленным требованиям, то используют решетку из диэлектрических излучателей, в которой стержневые диэлектрические антенны являются отдельными излучателями.

Преимуществом диэлектрических антенн является малые поперечные размеры и простота конструкции. Диэлектрические антенны являются антеннами бегущей волны, поэтому сужение ДН таких антенн происходит за счет увеличения продольных, а не поперечных размеров. Это особенность позволяет размещать не выступающие диэлектрические антенны на гладкой поверхности фюзеляжей летательных аппаратов, что положительно сказывается на аэродинамических качествах.

Недостаток в том, что в диэлектрике существуют потери, которые ограничивают излучение больших мощностей.

2.РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 РАСЧЕТ ОДНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

Выбор волновода:

Рабочая длина волны определяется формулой

,

где

м/с – скорость света в вакууме, Гц – рабочая частота

Волна с такой частотой может распространяться в круглом волноводе типа С-120, внутренним диаметром 1,745 см.

Выбор диэлектрика: Типичным недостатком диэлектрической антенны являются потери в диэлектрике, что является причиной уменьшения КПД и появления амплитудных искажений. Поэтому нужно использовать диэлектрик с малым тангенсом угла потерь на рабочей частоте,

.

Таким требованием удовлетворяет полистирол (

).

Расчет геометрии стержня:

Так как техническим заданием определен коэффициент усиления антенны, то он будет определять геометрические размеры.

По определению коэффициент усиления антенны равен произведению КПД на КНД:

Для простоты расчета КПД принимается равным 100%, т.е.:

Неидеальность диэлектрика будет учтена далее.

Зависимость КНД антенны от её длины определяется следующим соотношением:

откуда

,

где

[разы].

раза

см

Для определения диаметра стержня необходимо найти коэффициент замедления – отношение скорости света в вакууме к фазовой скорости:

Из приведенного на рисунке 2 графика следует, что для данного коэффициента замедления отношение

т.е.

.

см.

По определению

, где d_max – диаметр возбудителя. Откуда

см.

Расчет ДН излучателя:

При расчете ДН антенны предполагают, что волна, отраженная от конца стержня пренебрежимо мала, а также волна, распространяющаяся вдоль стержня, является волной с замедленной фазовой скоростью, которая не изменяется по длине стержня.

Выражение для ДН с учетом сказанного имеет вид:

,

где

- угол между направлением в точку наблюдения и осью стержня,

- лямбда функция.

Это выражение состоит из трёх множителей.

Первый множитель

характеризует влияние на ДН одиночного элемента тока. Второй множитель - влияние поперечного размера стержня. Последний множитель описывает влияние продольного размера стержня.

Множитель

на ДН в плоскости Е не оказывает малое влияние на ее форму. В плоскости Н этот множитель отсутствует, поэтому в ДН несколько выше уровень боковых лепестков чем в плоскости Е. Множитель при можно не учитывать.

Множитель

оказывает определяющее влияние на ДН. Поскольку излучение антенны связано с потерей энергии в стержне, следует предположить затухание волны, которое можно выразить комплексным коэффициентом распространения , где - коэффициент фазы, - коэффициент затухания.

Коэффициент затухания, характеризующий убывание поля вдоль стержня из-за этих потерь, определяется выражением: