Задание на курсовую работу (проект) по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны»

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

________________________________________________________

621.39                                                                                   № 2916

А 72

АНТЕННЫ

Методические указания к курсовой работе

для студентов факультета

«Радиотехника, электроника и физика»

(направление 552500 – Радиотехника) всех форм обучения

Новосибирск

2005

УДК 621.396.67(07)

А 72

Составители:  ст. преподаватель  Г. С. Шадрина,

д-р техн. наук, проф. А. П. Горбачев

Рецензент  А.Г. Вихорев

Работа подготовлена кафедрой

«Радиоприемные и радиопередающие устройства»

   Ó   Новосибирский государственный

технический университет, 2005

сОдЕржаНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................ 4

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАБОЛИЧЕСКИХ АНТЕНН ....... 5

1.1. Общие положения ..................................................... 5

1.2. Параболические антенны ........................................... 9

1.2.1. Принцип действия  .............................................. 9

1.2.2. Определение ДН облучателя по полю в раскрыве параболоида .......................................... 10

1.3. Облучатели параболических антенн ........................ 11

1.3.1. Общие требования к облучателям ...................... 11

1.3.2. Вибраторные облучатели ................................... 12

1.3.3. Вибраторные облучатели с пассивным вибраторным рефлектором ................................ 13

1.3.4. Вибраторные облучатели с пассивным дисковым рефлектором ...................................... 17

1.3.5. Волноводно-рупорные облучатели ..................... 20

1.3.6. Возбуждение волноводно-рупорного облучателя и расчет коэффициента отражения от его входа 23

1.3.7. Двухщелевой облучатель ................................... 25

1.4. Согласование параболической антенны ................... 27

1.5. Модификации параболических антенн .................... 28

1.5.1. Особенности модифицированных антенн .......... 28

1.5.2. Симметрично- и несимметрично-усеченные параболоиды вращения ...................................... 29

1.5.3. Параболический цилиндр ................................... 30

1.5.4. Сегментно-параболическая антенна ................... 30

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИХ

ДИПОЛЬНЫХ АНТЕНН .................................................. 31

2.1. Общие положения и обзор литературы .................... 31

2.2. Расчет электрических характеристик ЛПДА ............ 33

2.3. Особенности конструктивной реализации ЛПДА .... 41

Литература ............................................................................ 42

ВВЕДЕНИЕ

Задание на курсовую работу (проект) по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны» содержит следующие требования.

1. Назначение или тип антенны.

2. Диапазон рабочих длин волн .

3. Направление главного максимума  диаграммы направленности (ДН). Если это направление не оговорено, то главный максимум перпендикулярен плоскости раскрыва антенны. При этом возбуждение раскрыва антенны будет синфазным.

4. Ширина ДН на уровне половинной мощности  или коэффициент  направленного действия (КНД).

5. Уровень первого бокового лепестка.

6. Коэффициент  стоячей волны напряжения на входе антенны.

Задачей курсового проектирования является выбор и обоснование типа антенны (если тип антенны не предусмотрен заранее), определение размеров антенны, особенно тех, которые влияют на электрические параметры, полный расчет электрических параметров (ДН, КСВ, поляризация и т.д.). Все результаты оформляются в виде рисунков, таблиц и графиков.

При проведении расчетов соответствующие формулы сначала записываются в общем виде, а уже потом подставляются числовые значения входящих в формулу величин. Здесь же обязательно дается ссылка на литературу, из которой взята та или иная расчетная формула.

Если при проектировании используются номограммы и графики, то эти материалы сначала воспроизводятся в курсовой работе (проекте) полностью или частично (путем ксерокопирования или на кальке), а уже потом на воспроизведенных номограммах (графиках) указывается соответствующая расчетная точка или путь определения по ключу номограммы (графика). При этом обязательно дается ссылка на литературу, из которой воспроизведены номограммы или графики. 

Курсовая работа (проект) должна обязательно содержать краткий конструкторско-технологический раздел. В этом разделе производится обоснование выбора всех материалов, из которых выполнены те или иные элементы антенны. Здесь же описывается порядок сборки антенны с обязательным указанием, каким образом сигнал передатчика подводится к антенне (принятый сигнал отводится от антенны ко входу приемника). При этом должны быть описаны все узлы крепления элементов антенны друг с другом. Раздел завершается эскизом антенны на миллиметровом или писчем бумажном носителе с соответствующим числом видов, разрезов и сечений, из которого должно быть полностью ясно конструктивное исполнение антенны. При выполнении эскиза следует руководствоваться требованиями стандартов Единой системы конструкторской документации (ЕСКД).

Список рекомендованной литературы приведен в конце работы. Он включает как учебники и учебные пособия, так и статьи в научно-технических журналах по радиоэлектронике. Статьи следует рассматривать как первоисточники при углубленной проработке вопроса.

1.  ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПАРАБОЛИЧЕСКИХ АНТЕНН

1.1.  Общие положения

Из теории антенн известно, что диаграмма направленности антенны в любой плоскости полностью определяется размером раскрыва в этой плоскости и распределением поля (тока) и фазы вдоль линии ее раскрыва, через которую эта плоскость проходит.

Ниже приведены формулы для ДН синфазных прямоугольных (табл. 1) и круглых (табл. 2) раскрывов и некоторых функций распределения амплитуды поля (тока) [4]. Нужно обратить внимание, что для круглых раскрывов (табл. 2) формулы ДН содержат соотношения вида , где  – функция Бесселя n-го порядка, а u – аргумент функции Бесселя. При u = 0 это отношение имеет неопределенность вида  и, чтобы ее обойти, можно заменить через лямбда-функции  [2]:

,                                  (1)

 табулированы и приведены в [7].

Из табл. 1 или 2 (в зависимости от формы раскрыва антенны) по заданному уровню первого бокового лепестка (если не задан, то выбранному так, чтобы антенна была наиболее компактна) определяются закон распределения поля в раскрыве антенны и параметры ДН антенны, в числе которых: формулы для расчета ДН , (коэффициент использования поверхности (КИП) раскрыва). Величина КИП позволит рассчитать площадь раскрыва S антенны, если в задании даны не параметры ДН, а коэффициент направленного действия

.                                          (2)

Следует отметить, что табл. 1 и 2 характеризуют свойства антенн с непрерывным распределением поля вдоль линейного размера раскрыва. Но они справедливы и для дискретных антенных решеток при малом по сравнению с  расстоянии между излучателями решеток.

Данные табл. 1 и 2 соответствуют синфазным раскрывам, когда угол наклона главного максимума  и луч перпендикулярен плоскости раскрыва решетки. Для расчета ширины ДН по уровню половинной мощности  и по нулям  при отклонении  от , не превышающем соотношение  ( отсчитывается от перпендикуляра к раскрыву), водится понятие эквивалентной длины раскрыва:

,                                        (3)

где L – геометрический раскрыв. В этом случае в формулы  и  из табл. 1 вместо L подставляется L_экв.

После получения всех соотношений из табл. 1 или 2 нужно переходить к детальному ознакомлению с конструкцией, принципом работы, системой питания выбранного типа антенны по рекомендованной литературе, расчетам всех необходимых размеров, ДН и других электрических параметров, в том числе