МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
АРЗАМАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) НИЖЕГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО
УНИВЕРСИТЕТА им.Р.Е. Алексеева
Факультет ИЭП КП-АПИ НГТУ-210200.65-(АВР 08-1)-5-12 Кафедра КиТРЭС
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по проектированию устройств СВЧ
Тема: Проектирование оптимальной волноводно-щелевой антенны с 11 продольными щелями на широкой стенке
Выполнил:
студентка группы АВР 08-1
Конкина Е.М.
Проверил:
Рязанов А.В.
Арзамас 2012 г.
Содержание
Задание на курсовое проектирование
Введение
1 Техническое задание
2 Анализ ТЗ
3 Выбор размеров волновода
4 Выбор вида волноводно-щелевой антенны
5 Расчет оптимальной диаграммы направленности
6 Расчет конструкции волноводно-щелевой антенны
7 Технология изготовления волноводно-щелевой антенны
8 Выбор типа и расчет соединения волноводно-щелевой антенны с фидером
Литература
Приложения
Арзамасский политехнический институт (филиал)
государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
Нижегородский государственный технический университет
кафедра КиТ РЭС
ЗАДАНИЕ № 5
на курсовое проектирование по курсу “Проектирование устройств СВЧ”
Студенту Конкиной Е.М. группы АВР 08-1
Выдано 24.10.12
Защита проекта 19.12.12
Тема проекта: Проектирование волноводно-щелевой антенны с 11 продольными щелями на широкой стенке
1. Рабочий диапазон волн 3,1 см.
2. Требуемая полоса частот 0,1%.
3. Ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 Р
в горизонтальной плоскости 13 град
в вертикальной плоскости ____ град
4. Мощность на выходе передатчика в импульсе 0,9 кВт
Средняя мощность или мощность в непр. реж. ____ кВт
5. Допустимый уровень боковых лепестков min % по напряженности поля.
6. Тип облучателя: _______от волновода
7. Коэффициент эллиптичности в случае вращающейся поляризации минимальный
8. Длина линии передачи 2,0 м.
9. Минимальная допустимая величина КБВ в линии передачи 0,8.
10. Область применения: в наземной РТС.
11. Исходя из места установки и условий эксплуатации, необходимо обеспечить защиту от внешних воздействий.
Руководитель проекта _____________ Рязанов А.В.
Задание принял к исполнению «24» октября 2012г.
Студент /______________/
Введение
В данном курсовом проекте производится расчет и конструирование оптимальной (по уровню боковых лепестков диаграммы направленности (ДН) при заданной ее ширине на уровне половинной мощности) волноводно-щелевой антенны (ВЩА) с одиннадцатью продольными щелями на широкой стенке прямоугольного волновода.
Основные преимущества ВЩА:
-
Ввиду отсутствия выступающих частей излучающая поверхность ВЩА может быть совмещена с внешними обводами корпуса летательного аппарата, не внося при этом дополнительного аэродинамического сопротивления (бортовая антенна).
-
В таких антеннах могут быть реализованы оптимальные ДН, так как распределение поля в раскрыве может выбираться в широких пределах за счет изменения связи излучателей с волноводом.
-
Щелевая антенна имеет сравнительно простое возбуждающее устройство. Кроме того, она проста в эксплуатации.
1 Техническое задание
Рассчитать и спроектировать оптимальную ВЩА с одиннадцатью продольными щелями на широкой стенке.
-
-
Рабочий диапазон волн
-
Требуемая полоса частот
-
Ширина диаграммы направленности на уровне 0,5Р в горизонтальной плоскости
-
Мощность на выходе передатчика в импульсе
-
Уровень боковых лепестков
-
Тип облучения
-
Длина линии передачи
-
Минимальная допустимая величина КБВ в линии передачи
3,1 см
0,1 %
13 град
0,9 кВт
минимальный
от волновода
2,0 м
0,8
-
Применяется в наземной (корабельной) РТС.
-
Исходя и места установки радиосистемы и условий эксплуатации, необходимо обеспечить защиту от внешних воздействий.
-
2 Анализ тз
Анализируя данные технического задания, можно сделать некоторые выводы о принципах построения и методах реализации конструкции волноводно-щелевой антенны, которую необходимо спроектировать.
-
Проектируемая волноводно-щелевая антенна является узкополосной, следовательно, вид антенны, наиболее предпочтительный для расчета в данном случае – резонансная волноводно-щелевая антенна с резонансными щелями.
-
Антенна должна быть с оптимальной ДН, а это указывает на необходимость применения дельф-чебышевских методов расчета ДН.
-
Поскольку антенна применяется в наземной РТС и устанавливается на вращающейся платформе, в которой отсутствует герметизация, необходимо обеспечить специальные меры по защите антенны от внешних неблагоприятных климатических воздействий.
3 Выбор размеров волновода
По условиям ТЗ волновод должен быть прямоугольным. Энергия передается на волне низшего типа . Условия одноволнового режима для прямоугольного волновода:
, или
, или
Решаем первое неравенство относительно :
(3.1)
Исходя из критериев обеспечения малых потерь в волноводе, большой пропускаемой мощности в требуемой полосе частот и, одновременно, хороших массогабаритных показателей, выбираем размер широкой стенки ближе к середине интервала:
Из приложения учебного пособия [1] выбираем прямоугольный волновод из ТУ и сортамента ЦМТУ 4843-57 с размерами внутреннего сечения 28,5х12,6 мм.
Рисунок 1 – Эскиз поперечного сечения волновода
Характеристики волновода:
28,5, 12,6, допустимые отклонения размеров и : ;
=;
Материал волновода – латунь Л62-М, ее удельный вес ;
;
.
Рабочий диапазон частот ВЩА:
.
Для данного волновода найдем:
;
.
Для неравенство (3.1) выполняется:
.
Для волновода должно выполняться условие:
, (3.2)
где - допустимая рабочая мощность, которая рассчитывается с учетом рассогласования в тракте, климатических факторов и наличия неоднородностей.
,
где - предельная рабочая мощность.
Для волны типа в прямоугольном волноводе предельная (пробивная) мощность определяется выражением [2]:
.
Здесь предполагается, что размеры , и выражены в сантиметрах, а пробивная мощность – в киловаттах, а также, что пробивная напряженность электрического поля при нормальных атмосферном давлении и ионизации сухого воздуха составляет в диапазоне сантиметровых волн величину, равную . КБВ – коэффициент бегущей волны, минимальная величина которого по ТЗ составляет 0,8.
,
.
Для неравенство (3.2) выполняется:
.
Определим длину волны в волноводе:
.
Отсюда , а замедление .
Рассчитаем величину затухания в питающем волноводе с учетом того, что его внутренняя поверхность покрыта слоем серебра для улучшения электропроводности.
Сначала найдем постоянную затухания для волны в прямоугольном волноводе:
,
где ; - удельная электропроводность серебра.
Величина затухания А в питающем волноводе длинной :
.
Чтобы обеспечить требуемую мощность излучения антенны,
необходимо, чтобы мощность на входе питающего волновода была равна
.
Мощность также меньше :
.