МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННО-СЕТЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КУРСОВАЯ РАБОТА (ПРОЕКТ) ЗАЩИЩЕНА С ОЦЕНКОЙ
РУКОВОДИТЕЛЬ
|
|
|
|
Федорова Л. А. |
должность, уч. степень, звание |
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ |
стержневая диэлектрическая антенна |
|
|
РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ
СТУДЕНТ ГР. |
2115 |
|
|
|
Батукаев М. С. |
|
|
|
подпись, дата |
|
инициалы, фамилия |
Санкт-Петербург 2014
Содержание
1)Введение 3
2)Структурная и принципиальная схемы антенно-фидерного тракта 7
3)Выбор типа линии передачи 9
4) Расчет геометрических размеров облучателя и решетки. 10
5) Расчет ДН облучателя в главных плоскостях 12
6)Расчет ДН решетки в главных плоскостях и КУ 16
7) Расчет элементов фидерного тракта 17
8) Схема питания 19
9) Конструкция излучателя 21
10) Заключение 22
1) Введение
Антенны применяются как для излучения, так и для приема электромагнитных волн.
Предающая антенна – это элемент предающей радиостанции, который преобразует энергию токов высокой частоты в энергию электромагнитных волн и излучает их в заданных направлениях.
Приемная антенна выполняет обратную функцию: она преобразует энергию электромагнитных волн в энергию токов высокой частоты, обеспечивая при этом выделение волн, приходящих с заданных направлений.
В настоящее время существует большое многообразие различных антенн, в данной курсовой работе требуется спроектировать линейную решетку стержневых диэлектрических антенн, которая собрана из стержневых диэлектрических антенн.
Основными элементами стержневых диэлектрических антенн являются диэлектрический стержень 1(рис.1), металлическая обойма 2 и фидерная линия 3. 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 в полосе частот от 2 до 10 ГГц.
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. в следствии 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) Структурная и принципиальная схемы антенно-фидерного тракта
Рисунок 2.1 - Структурная схема радиотехнической системы.
АУ – антенное устройство. Преобразование направляемых ЭМ волн, движущихся от генератора по фидерной линии ко входу антенны, в расходящиеся ЭМ волны свободного пространства (для передающей антенны). Преобразование падающих свободных волн в направляемые волны фидера, подводящих принятую мощность ко входу приемника (для приемной) [3]
ВС по УМ – вращающееся сочленение по углу места. Осуществляет вращение АУ по углу места.
ВС по азимуту – вращающееся сочленение по азимуту. Осуществляет вращение АУ по азимуту.
АП – антенный переключатель. Переводит АУ в режим передачи/приема.
Передатчик – источник сигнала, модулятор,
Приемник – приемник сообщения (сигнала).
Рисунок 2.2 – Принципиальная схема антенно-фидерного тракта
На рисунке 2.2 показана принципиальная схема антенно-фидерного тракта. ЭМ колебания СВЧ от генератора поступают в коаксиальный кабель. Для поворота волноводного тракта используются поворотные секции. Для обеспечения вращения АУ, устраиваются переходные устройства от коаксиального кабеля к круглому волноводу и вращающееся сочленение.
4 9 2 10
6
7
90
4 9
3 2 5 2 4 2 4 2 .
6 Ось вращения
1 90
1 3 Приёмник
Генератор
Рис. 2 Пример схемы волноводного тракта антенны радиолокационной станции
1-элемент связи, 2-прямоугольный волновод, 3-поршень, 4-фланцы, 5-антенный переключатель, 8-изогнутые секции, 7-переходные устройства, 8-вращающееся сочленение, 9-соглосование отдельных участков волноводного тракта, 10-стержневой или плоский
3) Выбор типа линии передачи
В аппаратуре сантиметровых и миллиметровых волн в качестве линий передачи наибольшее применение находят волноводы круглого сечения с использованием поля основного типа Н11.
Благодаря отсутствию изоляторов внутри волноводов, отсутствуют потери и отражения, связанные с этими изоляторами. В связи с меньшей концентрацией токов на внутренних поверхностях стенок волноводы обеспечивают передачи энергии с меньшими потерями. Благодаря большим размерам поперечного сечения , чем в кабелях, волноводы обладают значительно большей электрической прочностью и позволяют передавать большие мощности. Металлические волноводы отличаются сравнительной простотой изготовления, как следствие, дешевизной.
От генератора до волновода в качестве линии передач будет использоваться коаксиальный кабель для уменьшения веса и упрощения конструкции. В линии передач так же будут использоваться сплиттеры для разделения мощности в равной степени на каждую стержневую антенну.