- •Проектирование свч устройства
- •Задание
- •Реферат
- •Содержание
- •Введение
- •1. Проектирование устройства
- •1.1 Выбор и обоснование структурной схемы устройства
- •2 Расчёт антенны
- •2.1 Выбор типа антенны
- •2.2 Расчет размеров рупора
- •2.3 Расчёт размеров волновода
- •2.4 Расчёт диаграммы направленности
- •2.5 Расчёт фазирующей секции
- •2.6 Расчёт возбуждающего устройства
- •2.6.1 Расчет Чебышевского ступенчатого перехода
- •2.6.2 Нахождение конструктивных размеров ступеней
- •2.6.3 Определение конструктивных параметров возбуждающего штыря
- •3 Расчёт частотно избирательного устройства
- •3.1 Выбор типа чис и общих параметров мпл
- •3.2 Расчёт полосового фильтра первого канала
- •2.1 Расчёт полосового фильтра второго канала
- •2.2 Расчёт основных параметров
- •2.3 Моделирование в программе Microwave Office
2.2 Расчет размеров рупора
Все расчёты рупора относятся к расчёту оптимального рупора, то есть фазовая ошибка в раскрыве рупора не превышает допустимой величины, и фронт волны в раскрыве считается плоским [1].
Тип рупора возьмём пирамидальный клинообразный. На рисунке 3 показаны основные размеры рупора в Н и Е плоскостях.
Рисунок 3 – Размеры рупора в Н и Е плоскостях
Зная диапазон частот, в которых должно работать проектируемое устройство, можно рассчитать минимальную, максимальную длины волн и среднюю длину волны по формулам соответственно:
, (1)
, (2)
, (3)
где c– скорость света, м/с;
- минимальная рабочая частота антенны, Гц;
- максимальная рабочая частота антенны, Гц.
Из заданного диапазона работы антенны берём максимальную рабочую длину волны антенны = 37,5 мм, тем самым обеспечим максимально заданную ширину диаграммы направленности рупора в самых плохих условиях [2].
По заданной ширине диаграммы направленности рассчитаем размеры раскрыва рупора ap иbp по формулам:
, (4)
, (5)
где: - максимальная ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 по мощности в рабочем диапазоне частот в горизонтальной плоскости;
- максимальная ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 по мощности в рабочем диапазоне частот в вертикальной плоскости.
Рассчитав ap иbp, находим оптимальные размеры рупораи:
, (6)
. (7)
Для пирамидального рупора размеры и могут быть различными и несовместимыми. В этом случае берётся наибольшее значение с тем, чтобы фазовые искажения в раскрыве рупора не превысили допустимых [1].
Вычислим углы раскрыва рупора:
, (8)
. (9)
Для оптимального пирамидального рупора коэффициент использования поверхности =0,52, тогда коэффициент направленного действия рупора найдём по формуле:
. (10)
Для рупоров коэффициент полезного действия =1, тогда коэффициент усиления рупора найдём по формуле:
. (11)
Значение волнового числа kнайдём по формуле:
. (12)
2.3 Расчёт размеров волновода
Рассчитаем размеры прямоугольного волновода размеры которого показаны на рисунке 4.
Рисунок 4 – Размеры прямоугольного волновода
Для обеспечения одномодового режима необходимо, чтобы выполнялись условия [1]:
, (13)
.
Получим пределы, из которых выберем размеры волновода по стандартным размерам:
.
Выберем стандартный размер волновода 23×10 мм.
Длина волновода от возбуждающего устройства до горловины рупора выбирается из условия фильтрации высших типов волн. Вблизи штыря кроме волныH10 возбуждается множество высших типов волн, все они оказываются в за критическом режиме и по мере движения к рупору затухают по экспоненте. Высшие типы волн не должны проходить в горловину рупора, а затем в его раскрыв, для этого их амплитуда должна уменьшиться на длине примерно в 100 раз. Ближайшей к основной высшей волной в таком возбуждающем устройстве является волна H20. Для уменьшения её амплитуды в 100 раз величину выражают из уравнения:
, (14)
где kН20,kН10– постоянные распространения волн Н20и Н10 соответственно.
Постоянные распространения волн kН20,kН10вычисляются по формулам:
, (15)
. (16)
Подставляя формулы (15) и (16) в формулу (14) находим :
. (17)
Вычисляя полученную формулу (17) в программе Mathcad 14 (Приложение А), находим =19,5 мм .
Эскиз с размерами рупорной антенны показан на рисунке 5.
Рисунок 5 – Эскиз рупорной антенны