Логопериодическая печатная антенна

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра РП и РПУ

Курсовая работа

«Логопериодическая печатная антенна»

Пояснительная записка

Факультет: РЭФ

Группа: РТС9-82

Студент: Семенова О.Н.

Преподаватель: Горбачев А.П.

Новосибирск

2011

Содержание

1.  Задание к курсовой работе………………………………………………...3

2.  Исходные данные…………………………………………………………..3

3.  Конструкторско-технологический раздел………………………………..4

4.  Расчетная часть……………………………………………………………..5

5.  Приложение 1………………………………………………………………8

6.  Приложение 2……………………………………………………………..10

7.  Список литературы……………………………………………………….11

1.  Задание к курсовой работе.

·  Определить все электрические характеристики;

·  Произвести расчет всех геометрических размеров антенны;

·  Выполнить модулирование входного коэффициента отражения S₁₁ и диаграммы направленности в программе CST Microwave Studio;

·  Краткое описание технологического процесса сборки антенны.

2.  Исходные данные.

Тип антенны	Логопериодическая печатная
Рабочая полоса частот	𝜟ƒ = 1…10 (ГГц)
Волновое сопротивление питающего кабеля	ρ0 = 50 (Ом)
Относительная диэлектрическая проницаемость	𝜺r = 2,3
Коэффициент направленного действия антенны (КНД)	D = 10 (дБ)

3.  Конструкторско-технологический раздел.

Электрические характеристики излучающей системы (антенны) определяются как её конфигурацией, так и соотношениями между её размерами и рабочей длинной волны. В данной антенне воплощен принцип автоматической отсечки токов, её входное сопротивление и форма диаграммы направленности практически не меняются в широком диапазоне частот.

Логопериодическая антенна образована достаточно большим количеством параллельных друг другу, симметричных, активных вибраторов разной длины. Геометрия структур характеризуется безразмерным периодом .

Экспериментально было установлено, что электрический ток в выступах структуры при удалении от центра возрастает, достигая максимума в месте расположения резонансных выступов примерно четвертьволновой длины. После прохождения резонансных выступов токи резко уменьшаются, происходит отсечка. С уменьшением частоты излучаемых колебаний последовательно возникают резонансы выступов, более удаленных от центра. Принцип действия антенны основан на том, что при её работе каждая тройка диполей рассматривается как элементарная квазидиректорная антенна – активная область, которая может перемещаться от вершины (короткие диполи) антенны в сторону более длинных диполей при уменьшении рабочей частоты. Излучение всегда в сторону вершины антенны.

Рабочая полоса частот логопериодической антенны снизу ограничивается допустимыми габаритами самых больших вибраторов и  сверху – размерами самых маленьких вибраторов.

Возбуждающий коаксиальный кабель припаивается оплеткой к одному плечу антенны, внутренний проводник кабеля к началу другого плеча антенны.

Линия возбуждается от генератора со стороны вибраторов меньшей длины, конструкторское выполнение плоской антенны (рис.1) не требует специального симметрирующего устройства.

Плата выполнена на обеих сторонах двусторонне фольгированной медью заготовки 1 из диэлектрика толщиной h=1,5мм с относительной диэлектрической проницаемостью 𝜺_r = 2,3. На заготовку, покрытую светочувствительным слоем, накладывается трафарет в виде нашей конструкции антенны, высвечивается, после чего на обеих сторонах этой заготовки получаем печатный вариант нашей антенны. Слой фольги выполняется толщиной 20мкм.

Рис.1 Печатная логопериодическая антенна (вид спереди)

На Рис.1 обозначены:

1 – диэлектрическая заготовка

2 – ось – печатный проводник

3 – диполи

2,3 – фольгированная конструкция антенны

4 – место подключения питающего коаксиального кабеля

По указанию преподавателя: осевой печатный проводник выберем шириной h_пров.= 4мм, ширина диполя h_дип.= 1,5мм, диэлектрическая заготовка толщиной h=1,5мм, слой фольги выполняется толщиной 20мкм с обеих сторон заготовки. Длинны диполей L и расстояние между ними d нам необходимо рассчитать.

4.  Расчетная часть.

На основе начальных размеров, заданных в конструктивно-технологическом разделе и исходных данных, произведем  расчет длин диполей и расстояний между ними.

Чтобы определить необходимые нам размеры, найдем из графика 1 масштабный коэффициент τ и пространственный коэффициент 𝝈 по данному КНД D=10 дБ. В нашем случае волновое сопротивление питающего кабеля будет являться входным сопротивлением R_вх=50 Ом. Волновое сопротивление  трубчатой двухпроводной открытой передающей линии возьмем равное ρ₀ =85 Ом.

График1. Зависимость R_вх/ ρ₀ от величин (τ,𝝈)

Волновое сопротивление питающей линии R_вх/ ρ₀ = 50/85= 0.6

Масштабный коэффициент τ = 0,90

Пространственный коэффициент 𝝈 =0,05

Длины крайних диполей можно определить из формул

Рабочий диапазон длин волны:

_, 

_, 

Коэффициенты k₁ и k₂ получим из графиков 2 и 3:

График 2. Зависимость k₁ от величин (τ,𝝈).

График 3. Зависимость k₂ от величин (τ,𝝈).

k₁ = 0,50   k₂ = 0,45

 , м

 , м

Число диполей в антенне

,

Расчет длин диполей производится по формуле τ=L_n+1/L_N, а расстояние между диполями по формуле 𝝈=d_n/2L_n. Получаем следующее:

L₁=150мм; L₂=135мм; L₃=122мм; L₄=109мм; L₅=98мм; L₆=88мм; L₇=79мм; L₈=71мм; L₉=64мм; L₁₀=58мм; L₁₁=52мм; L₁₂=47мм; L₁₃=42мм; L₁₄=38мм; L₁₅=34мм; L₁₆=30мм; L₁₇=27мм; L₁₈=24мм; L₁₉=22мм; L₂₀=20мм; L₂₁=18мм; L₂₂=16мм; L₂₃=14мм; L₂₄=12мм.

d₁=15мм; d₂=13,5мм; d₃=12,2мм; d₄=11мм; d₅=9,8мм; d₆=8,8мм; d₇=7,9мм; d₈=7,1мм; d₉=6,4мм; d₁₀=5,8мм; d₁₁=5,2мм; d₁₂=4,7мм; d₁₃=4,2мм; d₁₄=3,8мм; d₁₅=3,4мм; d₁₆=3мм; d₁₇=2,7мм; d₁₈=2,4мм; d₁₉=2,2мм; d₂₀=2мм; d₂₁=1,8мм; d₂₂=1,6мм; d₂₃=1,4мм.

Однако, так как заготовка выполняется из диэлектрик с 𝜺_r = 2,3,  необходимо уменьшить расстояние между диполями в  раз, получим:

d₁=9,1мм; d₂=8,2мм; d₃=7,4мм; d₄=6,7мм; d₅=6,0мм; d₆=5,4мм; d₇=4,8мм; d₈=4,4мм; d₉=3,9мм; d₁₀=3,5мм; d₁₁=3,2мм; d₁₂=2,9мм; d₁₃=2,5мм; d₁₄=2,3мм; d₁₅=2,0мм; d₁₆=1,8мм; d₁₇=1,6мм; d₁₈=1,5мм; d₁₉=1,3мм; d₂₀=1,2мм; d₂₁=1,0мм; d₂₂=1,0мм; d₂₃=0,9мм.

Теперь у нас есть все необходимые размеры для построения ЛПДА в CST Microwave Studio. Её топология приведена в «Приложении 1». Полученные  при работе диаграмма направленности и коэффициент S₁₁– «Приложение 2»

Приложение 1.

Рис.2. Лицевая сторона печатной ЛПДА

Рис.3. Обратная сторона печатной ЛПДА

Рис.4. Вид сбоку печатной ЛПДА

Приложение 2.

Результат: рабочий участок частот  в диапазоне 5-7ГГц, остальные участки малоэффективны для использования.

Рис.5. Входной коэффициент отражения S₁₁ печатной ЛПДА

Вставить картинку.

Рис.6. Диаграмма направленности печатной ЛПДА

7.  Список литературы.

1.  Горбачев А.П., Шадрина Г.С. Антенны: методические указания к курсовой работе,- Новосибирск 2005г.

2.  Горбачев А.П. Проектирование печатных фазированных антенных решеток в САПР «CST Microwave studio»: учебное пособие/ Горбачев А.П., Ермаков Е.А. – Новосибирск: Издательство НГТУ, 2008. – 88с.

3.  Кочержевский Г.Н. антенно-фидерные устройства: Учебник для вузов. – 3-е изд., доп. и перераб. – М.: Радио и связь, 1981. – 280с.,ил.