Рупорная антенна радиорелейной станции

Содержание.

I. Задание……………...…………………………………………………………...2

II.Теоретическая часть ...………………………………………………………....3

     2. 1. Рупорные антенны……………………………………………………………………...3

     2. 2. Электромагнитное поле в рупорных антеннах……………………………………… 4

     2. 3. Направленные свойства рупорной антенны ...………………………………………. 4

III. Расчетная часть……………………………………………………………….5

     3. 1. Расчет  рупорной антенны …………………..………………………………………. 5

     3. 2. Расчет  рупорно-линзовой антенны ………...……………………………………….. 8

     3. 3. Расчет круговой поляризации антенны …...………………………………………. .11

IV. Список литературы ………………………………………………………….12

V. Приложение .………………………………………………………………….13

I. Задание.

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.Н.ТУПОЛЕВА

_____________________________________________________________________

Кафедра Радиоуправления

ЗАДАНИЕ №8

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Антенны и устройства СВЧ

Студенту группы 5404

Гагарину С.В.

Тема проекта: Рупорная антенна радиорелейной станции.

Исходные данные к проекту:  Рабочая частота 10 ГГц.   КНД антенны 30 дБ.   Поляризация  круговая.

Расчётно-теоретическая часть проекта: Обосновать выбор варианта выполнения антенны, с использованием   ЭВМ   произвести    расчёт   геометрии   антенны   и   её   основных  характеристик.

Конструкторская часть проекта: Разработать конструкцию антенны, рассчитать её элементы, произвести выбор допусков, материалов, покрытий.

Рекомендованная литература:

1.  Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. Антенно-фидерные устройства. - М.: Сов.радио,1974.

2.  Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. - М.-Л.: Энергия, 1966.

3.   Дорохов А.П. Расчёт и конструирование антенно-фидерных устройств. : Изд. ХГУ,1960.

4.  Власов В.И., Берман Я.Н. Проектирование высокочастотных узлов радиолокационных станций. -Л.: Судпромгиз, 1961.

Срок сдачи студентом законченного проекта: 20.12.99

Руководитель: доц. Линдваль В.Р.

II.Теоретические часть.

2.1. Рупорные антенны.

      Как известно из общей теории излучения, для получения острых диаграмм направленности необходимо создавать антенны с большими площадями раскрыва, причем в пределах раскрыва должна возбуждаться плоская волна.

     Большую площадь раскрыва можно получить путем плав­ного расширения волновода в рупор. На рис.2.1.1.приведены основные разновидности рупорных антенн: а) секториальная, 6) пирамидальная остроконечная, б) клинообразная, г) кони­ческая, д) биконическая двусторонняя, е) биконическая односторонняя. Рупор, расширяющийся только в одной плоскости, называется секториальным. Секториальный рупор, в котором возбуждается поле с электрическими силовыми линиями, параллельными широ­ким сторонам, называет­ся Е-плоскостным (рис.2.1.1.а1), а рупор, в ко­тором силовые линии электрического   поля перпендикулярны широ­ким сторонам,—H-плоскостным (рис.2.1.1,a2). Секториальные и пира­мидальные рупоры пи­таются от прямоуголь­ных волноводов,  кони­ческие от круглых.

 Биконические рупо­ры состоят из двух усе­ченных конусов 1 и 2, имеющих общую ось АА' и общую вершину О и расположенных по одну сторону (рис.2.1.1.е) или по разные стороны от вершины (рис.2.1.1.д).

      Образующие обоих конусов имеют одинаковую длину. Малые основания усеченных конусов закрыты металлическими диска­ми 3, между которыми помещается возбудитель 4 в виде пер­пендикулярного к дискам вибратора, питаемого коаксиальным кабелем 5.

       При рассмотрении рупорных антенн будем пользоваться следующей терминологией: поверхностью раскрыва (сокращенна «раскрывом») будем называть поверхность р минимальной пло­щади, проходящую через края рупора. На рис. 2.1.1, эти поверхности заштрихованы поперечными линиями.

      Сечение рупора плоскостью, параллельной раскрыву, назы­вается поперечным сечением, а сечение плоскостью, проходящей через ось симметрии и перпендикулярной стенкам рупора. — продольным (плоскость продольного сечения Q заштрихована на рис. 2.1.1,б и г). Продольные сечения рупоров имеют вид равнобедренных трапеций. Продолжив сходящиеся стороны трапеции до пересечения, получим равнобедренный треугольник, изображенный отдельно на рис. 2.1.2. По этому треуголь­нику определяются следующие геометрические    параметры        ру­пора:     1)       длина      рупора   r₀

( высота      треугольника   ОА).    2)     длина     его

стороны    R,     3)   вершина    рупора  О,  4) текущее

расстояние     от      вершины  до  какой-либо   точки

раскрыва r, 5) ширина  раскрыва L,  6) угол раствора

рупора Фо.     

                          Рис.2.1.2. Продольное сечение рупора.

2.2. Электромагнитное поле в рупорных антеннах.

         Благодаря тому, что рупор образуется как бы в результа­те плавного увеличения поперечного сечения волновода, в нем возбуждается тот же тип колебаний, что и в питающем волно­воде. На рис. 2.2.1. показана конфигурация электромагнитного поля в пирамидальной рупорной антенне, пи­таемой от волновода, возбужденного волной H₁₀. Как видно из ри­сунка, в рупоре возбуж­даются колебания того же типа, что и в волно­воде, однако фронт волны при переходе из вол­новода в рупор из плос­кого превращается в

сферический. В секториальных и биконических рупорах формируется волна с цилиндрическим фронтом, в клинообразных с искаженным      сферическим,   а  в   односторонних       биконических      —    с     коническим        Рис.2.2.1Распределение э/м поля                  

фронтом. Линия  встречи фронта волны с  плоскостью             в пирамидпльном рупоре и      

продольного    сечения     рупopa    имеет   форму    дуги               питающем его волноводе.

окружности,  центр  которой   находится     в      вершине

       рупора О.  Фронт     волны     в   плоскости  Е   встречается    со    стенками     рупора    под    углом    90^е,   так      как    тангенциальная       составляющая      электрического     поля    на     проводящей     поверхности  равна нулю.

2. 3. Направленные свойства рупорной антенны.

      Форма диаграммы направленности рупорной антенны в данной плоскости полностью определяется параметрами ее продольного сечения в этой же плоскости. В диаграмме име­ется сигарообразный главный лепесток и небольшое количе­ство слабых боковых лепестков (рис.2.3.1.) Рассмотрим за­висимость формы главного лепестка от геометрических пара­метров антенны.

     При малых углах Ф_он ширина главного лепестка большая, так как размеры рас­крыва, рупора незначительны (рис.2.3.1, а,б). С увеличени­ем угла Ф_он диаграмма направ­ленности сужается, поскольку увеличивается размер L рас­крыва рупора. Однако сужение диаграммы прекращается, ког­да угол достигает некоторой определенной   для   данной длины рупора величины. При дальнейшем увеличении угла Ф_он главный лепесток диаграм­ма направленности расширяет­ся, - Происходит это потому, что с увеличением угла рас­крыва рупора фронт волны в рупоре больше и больше искривляется.  За пределами рупора электромагнитная энер­гия распространяется   в    направлении      перпендикуляра                                                                                                                                                                        

к    фазовому    фронту    полученному   в   раскрыве   рупора, и поэтому в случае большой    сферичности    фронта