Вращающееся волноводное соединение

Содержание

1.  Задание на курсовую работу       3

2.  Введение       4

3.  Расчетная часть       5

4.  Конструкторско-технологический раздел       7

5.  Приложение 1       7

6.  Приложение 2       8

7.  Список литературы       9

Задание к курсовой работе:

Необходимо определить размеры волноводного вращающегося соединения, смоделировать его в программе CST MICROWAVE STUDIO,построить график частотной характеристики модуля коэффициента прямой передачи.

Исходные данные:

Волноводное вращающееся сочленение; частота f=10 ГГц, волновое сопротивление Ом.

Введение

Волноводные вращающиеся соединения (ВВС) являются одним из видов согласующих устройств. Волноводные вращающиеся соединения применяются в качестве устройств передающих энергию СВЧ от неподвижного генератора к движущейся антенне.

Основные достоинства ВВС:

1.  Простота конструкции, малые габариты

2.  Они имеют сравнительно простое возбуждающее устройство, просты в эксплуатации.

Недостатком ВВС является ограниченность диапазонных свойств. При изменении частоты в ВВС происходит сильное подавление амплитуды колебания, т. е. соединение можно настроить только на одну частоту.

Расчетная часть.

ВВС строят на основе закороченных с обоих концов двух прямоугольных волноводов соединенных между собой круглым. Передача СВЧ энергии между волноводами осуществляется посредством двух возбуждающих стержней расположенных на расстоянии  от короткозамыкателей прямоугольных волноводов, разъём для подачи энергии располагается на том же расстоянии, но с другой стороны, что следует из структуры волны

Рис.1 Волноводное вращающееся соединение.

Выберем волновод из стандартного ряда по заданной частоте, ГОСТ20900-75 с размерами, а=23 мм b=10 мм толщина стенок .

Рассчитаем длину волны в волноводе:

Расстояние от короткозамыкателя до возбуждающего стержня находится из соотношения:

Переход от коаксиальной линии к волноводу осуществляется посредством введения центрального проводника в полость волновода, оплётка коаксиальной линии замыкается на корпус волновода.

Глубина введения рассчитывается по формуле:

Высоту возбуждающего стержня найдем из формулы:

где W_H10 волновое сопротивление на волне Н10, k волновое число, ρ волновое сопротивление питающей линии.

Зададимся диаметром возбуждающего штыря: d=2 мм

Найдём диаметр отверстия D в прямоугольном волноводе из соотношения:

Вдоль волновода должно укладываться целое число замкнутых магнитных линий, что следует из структуры поля волны

Длина прямоугольного волновода:

Второй прямоугольный волновод абсолютно идентичен первому, поэтому расчёты для него не приводятся.

Теперь рассчитаем параметры круглого волновода

Длина волновода должна быть такая, чтобы в ней укладывалось целое число магнитных петель (кратная λ_в/2),поэтому при проектировании примем , диаметр волновода выберем из стандартного ряда по критической частоте волны Е₀₁ ,т.к. она будет распространяться в круглом волноводе (рисунок 1). Выберем волновод из стандартного ряда по заданной частоте, с диаметром, а=20 мм, толщина стенок .

Определим длину волны в круглом волноводе:

.

где критический коэффициент для волны E₀₁

Высоту возбуждающего штыря примем (по согласованию с преподавателем) равной трети длины волны:

На этом расчёт размеров волноводного соединения завершён.

Конструкторско-технологический раздел.

Волноводное вращающееся сочленение будет реализовано из двух идентичных прямоугольных медных волноводов, покрытых серебряным напылением толщиной 3-5 мкм, шириной 23 мм, высотой 10 мм, длиной 39 мм, толщина стенок 1 мм. Оба конца волноводов запаиваются медными короткозамыкающими заглушками, и одного круглого медного волновода, покрытого серебряным напылением толщиной 3-5 мкм, диаметром 20 мм, длиной 38.4 мм, толщина стенок 1 мм. Все волноводы заполнены воздухом. Соединение происходит путем просверливания в прямоугольных волноводах отверстий диаметром 7 мм и введении в эти отверстия медных стержней диаметром 2 мм на глубину 6.9 мм в прямоугольные волноводы и на 13 мм в круглый. Крепление стержней осуществляется посредством заполнения отверстий прямоугольных волноводов полистиролом и введения в данный диэлектрик стержней.

Питание антенны осуществляется  через первый прямоугольный волновод при помощи коаксиального  кабеля с волновым сопротивлениемОм расположенным на расстоянии λ_в/4 от конца волновода. СВЧ энергия снимается со второго прямоугольного волновода при помощи коаксиального  кабеля с волновым сопротивлениемОм расположенным на расстоянии λ_в/4 от конца волновода.

Эскиз волноводного вращающегося соединения представлен в приложении 1.

Частотная характеристика модуля коэффициента прямой передачи представлена в приложении 2 .

Приложение 1

ВВС общий вид                                                       ВВС в разрезе         

Приложение 2

Список литературы.

1.  Конспект лекций по дисциплине «УСВЧиА» 2012г.

2.  Моделирование антенн и элементов тракта: Учебно-методическое пособие для выполнения курсовых и самостоятельных работ по учебным курсам «Устройства СВЧ и антенны» и «Антенно-фидерные устройства». ИжГТУ 2009г.

3.  Конспект лекций по дисциплине «Электродинамика и распространение радиоволн» 2011г.