МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Запорізький національний технічний університет
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до курсової роботи з дисципліни
“Проектування антенно-фідерних пристроїв НВЧ”
для студентів спеціальності “Радіотехніка”
всіх форм навчання
М
етодичні
вказівки до курсової работи з дисципліни
“Проеткування антенно-фідерних пристроїв
НВЧ”
Укладачі:
Тетяна Іванівна Бугрова
Людмила Михайлівна Логачова
Володимир Васильович Клочко
Рецензент: Л.М.Карпуков
Відповідальний за випуск Т.І.Бугрова
Затверджено
на засіданні кафедри
радіотехніки
Протокол № 7 від
ЗМІСТ
1 Загальні методичні вказівки 4
1.1.Мета і задачі курсового проектування 4
1.2.Завдання на курсову роботу 4
1.3.Порядок виконання роботи 5
1.4.Оформлення курсової роботи 8
1.5.Календарний план роботи і захист курсової роботи 9
2 Особливості розрахунку дзеркальних антен 12
2.1. Опромінювачі дзеркальних антен і їхнє узгодження з фі-
дером 12
2.2.Коефіцієнт спрямованої дії і коефіцієнт підсилення 14
2.3.Вплив поля, відбитого від дзеркала, на узгодження лінії живлення з опромінювачем 21
2.4.Технічні допуски 25
2.5. Крос-поляризація 28
3 Варіанти завдань на курсову роботу і методичні вказівки до їхнього виконання 32
3.1.Дзеркальна антена наземної станції космічної зв'язку 32
3.2.Двухзеркальная антена Кассегрена 24
3.3.Антена наземного радіолокаційного висотоміра 53
3.4.Антена наземної РЛС кругового огляду 57
Додаток 62
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 62
1 Загальні методичні вказівки
1.1 Мета і задачі курсового проектування
Курсова робота з дисципліни "Антени і пристрої НВЧ" - це комплексна технічна задача, що складається з розрахунку і розробки конструкції антенно-фідерного пристрою по заданих параметрах.
Основна мета проектування – розвинути у студентів інженерні навички при виконанні конкретної радіотехнічної задачі, уміння приймати технічно обґрунтовані самостійні рішення. У процесі проектування використання ЕОМ і елементів САПР є обов’язковим. Студент повинний грамотно оформити прийняте рішення і захистити його перед спеціальною комісією з числа викладачів кафедри.
1.2 Завдання на курсову роботу
Кожен студент одержує індивідуальне завдання на курсову роботу. У завданні вказується дата видачі і захисту роботи, наводяться вихідні дані - тип антени і наступні технічні вимоги до розроблюваного пристрою:
1) Середня довжина хвилі і робочий діапазон частот. Ці дані використовуються при розробці електричної схеми пристрою, при виборі типу фідерної лінії і різних НВЧ-пристроїв, що входять у фідерний тракт, при виборі опромінювача чи окремих випромінювачів.
2) Основні характеристики спрямованості (ширина головного пелюстка ДС в основних площинах, припустимий рівень бічного випромінювання, поляризація випромінюваного поля). Іноді в завданні замість ширини ДС указується необхідний коефіцієнт підсилення (KП) чи коефіцієнт спрямованої дії (КСД). За цими даними розраховуються розміри антени і розподілення струмів чи полів у ній.
3) Сектор сканування променем антени і швидкість сканування. Ці параметри дозволяють визначити раціональний тип сканування променем (механічний і електричний), а також вибрати в активних решітках розміри окремого випромінювача, відстань між ними, тип фазообертача.
4) Довжина фідерного тракту, мінімально припустимий коефіцієнт біжучої хвилі, (КБХ), а також потужність передавача в безперервному чи імпульсному режимах. Ці дані використовуються при виборі фідерного тракту і його елементів, включаючи узгоджуючі пристрої, а також при розрахунку коефіцієнта корисної дії та електричної міцності фідерного тракту.
5) Призначення антени, місце встановлення і додаткові умови експлуатації. Ці дані визначають вимоги до конструкції антени.
Крім перерахованих основних вимог, у процесі проектування можуть виникнути додаткові, котрі уточнюються викладачем під час консультацій.
1.3 Порядок виконання роботи
Процес виконання роботи містить у собі наступні основні етапи:
1.Ескізне проектування.
2.Детальний розрахунок характеристик пристрою.
3.Порівняння розрахованих характеристик із заданими і проведення корекції спроектованого варіанта.
4.Детальна розробка конструкції пристрою.
5. Оформлення курсової роботи і захист.
1.3.1 Ескізне проектування
Цей етап припускає наступні стадії
аналіз завдання; підбор і вивчення відповідної літератури; розробка попередньої електричної схеми антенно-фідерного пристрою, для якого повинні бути визначені тип фідерної лінії, схема живлення антени, необхідні НВЧ-пристрої (фазообертачі, вентилі, циркулятори, подільники, переходи, обертові з’єднання і т.д.), що входять у фідерний тракт. Після складання електричної схеми у згоді з викладачем визначається перелік вузлів, які розраховуються і проектуються в процесі виконання курсової роботи, і перелік вузлів, що вибираються як стандартні;
вибір окремих елементів антенного пристрою (опромінювачів для дзеркальних і лінзових антен, випромінювачів для фазованих антенних решіток (ФАР), якщо їхній тип не обговорений у завданні);
орієнтований розрахунок по наближених співвідношеннях геометричних розмірів антени (числа випромінювачів для фазованих антенних решіток і відстані між ними, розмірів дзеркала і фокусної відстані для дзеркальних і лінзових антен, розмірів окремого випромінювача ФАР чи опромінювача для апертурних антен). Відповідне амплітудне розподілення звичайно вибирається з умови забезпечення заданого рівня бічних пелюстків;
орієнтований розрахунок параметрів фідерного тракту і визначених НВЧ-вузлів. Необхідно пам'ятати, що задані характеристики спрямованості (ширина ДС, КСД, рівень бічних пелюстків) можуть збігатися з розрахунковими лише на середній частоті робочого діапазону і при деякому фіксованому положенні променя. У смузі частот і при електричному скануванні характеристики спрямованості змінюються, і при проектуванні необхідно добитися, щоб зміна цих характеристик не перевищувала припустимих значень, обговорених у завданні;
орієнтована розробка конструкції антени. Варто звернути увагу на можливість взаємного компонування різних елементів і вузлів, на відповідність установчім розмірам (наприклад, поперечні розміри випромінювачів у відповідності габаритним розмірам випромінювачів і інших НВЧ-елементів і антенних решітках не можуть перевищувати обраної відстані між випромінювачами і т.д.).
На етапі ескізного проектування розрахунок проводиться по найпростішим наближеним формулам.
1.3.2 Детальний розрахунок характеристик пристрою
Цей етап містить у собі:
детальний розрахунок характеристик спрямованості (ДС і КСД) антени на середніх і крайніх частотах заданого діапазону і зміни цих характеристик при скануванні;
детальний розрахунок схеми живлення антени, її діапазонних властивостей, узгодження, розмірів і параметрів проектованих НВЧ-пристроїв.
На цьому етапі необхідно використовувати швидкодіючі ЕОМ.
1.3.3 Порівняння розрахованих характеристик із заданими
На цьому етапі у випадку розбіжності характеристик коректується обраний варіант електричної схеми, геометричних розмірів антени, типу випромінювачів чи опромінювача, розподіл поля в розкриві, окремих НВЧ-пристроїв, параметри яких не задовольняють заданим умовам. Потім повторюють детальний розрахунок характеристик скоректованого варіанта.
1.3.4 Розробка конструкції пристрою
Після виконання основних розрахунків розробляється конструкція пристрою:
проектується чи вибирається придатна стандартна лінія і необхідні узгоджуючі елементи (хвилєвідні фланці і високочастотні штепсельні розніми, переходи з одного типу фідерної лінії на іншій).
проектуються випромінюючі й опромінюючі елементи антени і НВЧ-пристроїв відповідно до обраної електричної схеми. Окремі НВЧ-пристрої можуть вибиратися з числа стандартних;
визначається загальний вигляд антенно-фідерного пристрою, елементи його кріплення в місці встановлення та захисту від метеорологічних впливів.
При розробці конструкції усього пристрою вибираються матеріали, з яких повинні виготовлятися його деталі і вузли, а також покриття для захисту від зовнішніх впливів. При цьому враховуються особливості експлуатації пристрою та економічність виробництва. Щоб грамотно розробити конструкцію окремих вузлів антенно-фідерного тракту, важливо знати технологію їхнього виготовлення. При розробці конструкції повинні бути враховані вимоги до маси, габаритних розмірів усього пристрою, а також можливість взаємозамінності окремих деталей у випадку їхнього ремонту. Особливо це відноситься до опромінювачів антен, обертових зчленувань і фазообертачів.