Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра радиоуправления и связи

Реферат

по дисциплине “Антенны и устройства СВЧ" на тему:

РУПОРНО-ЛИНЗОВАЯ АНТЕННА.

Выполнил:

студент группы 313

Архипцев В. С.

Руководитель:

Рендакова В. Я.

Рязань 2006

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. Так как обычно используются прямоугольные и круглые волноводы, то наибольшее применение нашли рупоры, образованные из этих волноводов путем плавного расширения его стенок. Если расширение прямоугольного волновода происходит только в одной плоскости, то получаемый таким способом рупор называется секториальным, а если расширение происходит в обеих плоскостях, то рупор называется пирамидальным. Если ребра пирамидального рупора сходятся в одну точку, то его называют остроконечным, а если попарно два ребра сходятся в токи, образуя тем самым прямую (отрезок), перпендикулярную стенкам волновода, то такой рупор принято называть клиновидным.

Рупорные антенны являются простейшими антеннами СВЧ диапазона. Они могут применяться как самостоятельно, так и в качестве элементов более сложных антенн. Рупорные антенны позволяют формировать диаграммы направленности шириной от 100.140 до 10.20 градусов. Возможность дальнейшего сужения диаграммы направленности ограничивается необходимостью резкого увеличения длины рупора. Для формирования узких диаграмм направленности могут быть использованы решетки из небольших рупоров. Также, для достижения той же цели и улучшения характеристик рупорной антенны (для выравнивания фазы в раскрыве рупора), в них могут быть вставлены линзы.

Назначение линзы состоит в том, чтобы трансформировать соответствующим образом фронт волны, создаваемый облучателем. Принципиально линзовые антенны можно использовать для формирования различных диаграмм направленности. Однако на практике линзовые антенны подобно оптическим линзам применяются, главным образом, для превращения расходящегося пучка лучей в параллельный, т.е. для превращения криволинейной, (сферической или цилиндрической) волновой поверхности в плоскую. Как известно, плоский фронт волны, при его достаточной площади обеспечивает острую направленность излучения. С помощью линзовых антенн можно получить диаграммы направленности с углом раствора всего лишь в несколько угловых минут. Облучателем может быть любой однонаправленный излучатель. Важно, чтобы почти вся энергия излучения облучателя попадала на линзу, а не рассеивалась в других направлениях и чтобы у поверхности линзы, обращенной к облучателю, фронт волны был близок к сферическому или цилиндрическому. Выполнение последнего условия позволит рассматривать облучатель либо как точечный, либо как линейный источник электромагнитных волн. Облучатель обычно располагается так, чтобы его фазовый центр совпадал с фокусом сферической линзы (обычно обозначается точкой F). Поверхность линзы, обращенная к облучателю, называется освещен ной стороной. Противоположная ("теневая") сторона линзы образует ее раскрыв. Прямая FA, проходящая через фокус и центр раскрыва, называется осью линзы. Ось линзы нормальна к поверхности линзы в точках ее пересечения. Точка О пересечения оси линзы с освещенной стороной называется вершиной линзы.

Рис.1. Линзовые антенны.

Линия ВОС пересечения освещенной стороны линзы продольной осевой плоскостью называется профилем линзы. Профиль может быть вогнутым.

Принцип действия линзы основан на том, что линза представляет собой среду, в которой фазовая скорость распространения электромагнитных волн либо больше скорости света (V_ф>C), либо меньше ее (V_ф<C). В соответствии с этим линзы разделяются на ускоряющие (V_ф>C) и замедляющие (V_ф<с).

В ускоряющих линзах выравнивание фазового фронта волны (пунктирные линии на рисунке) происходит за счет того, что участки волновой поверхности часть своего пути проходят в линзе с повышенной фазовой скоростью. Эти участки пути различны для разных лучей. Чем сильнее луч отклонен от оси линзы, тем больший участок пути он проходит с повышенной фазовой скоростью внутри линзы. Таким образом, профиль ускоряющей линзы должен быть вогнутым. Профиль линзы должен быть выбран таким, чтобы все преломленные лучи были параллельны. Это равно сильно условию, чтобы оптическая длина пути от источника (облучателя), расположенного в фокусе линзы, до любой точки раскрыва была одинакова.

Рис.2. Линзы

В, этом случае в раскрыве линзы будет плоская волна.

В ускоряющих линзах фазовая скорость V_ф распространяющейся электромагнитной волны должна быть больше скорости света с, или, другими словами, коэффициент преломления n<1. Среду с такими параметрами легко создать. С такой средой мы уже встречались, рассматривая прямоугольный волновод. Действительно, в волноводе V_ф > с. Следовательно, если на пути электромагнитной волны поставить параллельно вектору Е ряд металлических пластин, отстоящих друг от друга на расстоянии а, большем, чем , то фазовая скорость распространяющейся между пластинами волны так же, как для волновода, определится выражением:

где а - расстояние между пластинами.

Рис.3. Линза из параллельных металлических пластин.

В общем случае, когда требуется фокусировать как в плоскости Е, так и в плоскости Н, т.е. трансформировать сферическую волну в плоскую, профиль линзы должен иметь форму части поверхности эллипсоида вращения, образованного вращением эллипса вокруг оси FA.

Толщина металлических линз может достигать весьма больших значений. Для того чтобы сделать толщину линзы минимальной, применяется метод ступеней (зонирование), при котором толщина линзы понижается ступеньками. На рис. XIV.8 показан профиль зонированной линзы. Глубина ступеней выбирается такой, чтобы скачок фазы за счет сокращения пути луча в линзе от каждой ступеньки получался равным , что эквивалентно разнице в длине оптического пути соседних лучей в одну длину волны. В этом случае синфазность поля в раскрыве линзы не нарушится.

Рис.4. Зонированная (ступенчатая) линза

Металлические линзы принципиально являются узкополосными антеннами. Это вызвано тем, что коэффициент преломления линзы сильно зависит от рабочей волны:

При отклонении длины волны от расчетной коэффициент преломления изменяется, вследствие чего происходит расфазировка поля в раскрыве линзы, т.е. в раскрыве появляются фазовые искажения, что очень нежелательно, т.к. мы и используем линзу для того, чтобы избавиться от фазовых искажений.

Параметры питающего волновода.

Для выбора питающего волновода рассчитаем резонансную частоту колебаний в нем:

,

Где С - скорость света, а - длина волны излучения.

Получим:

ГГц

Для этой частоты подходит волновод R40,работающий в диапазоне от 3,22 до 4,9 ГГц.

Ниже приведем его основные параметры:

1. Внутренние размеры:

ширина (a1) 58,17

глубина (b1) 29,083

допуск на а1 и b1 (+-) 0,12

2. Внешние размеры:

ширина (a2) 58,17

глубина (b2) 29,083

допуск на а2 и b2 (+-) 0,05

3. Радиус угла (r2):

min 0,8

max 1,3

(на частоте 3,87 ГГц)

Размеры представлены в мм.

Расчет одиночного рупора с линзой.

рупорная линзовая антенна волновод

Рис. Пирамидальный рупор

м - раскрыв рупора;

м - размер волновода;

м - размер волновода;

Библиографический список

1. Антенны и устройства СВЧ / под ред. Воскресенского Д. И. М: Советское Радио, 1972.

М.С. Жук, Ю.Б. Молочков. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. М: Энергия, 1973.

Драбкин А.Л. и др. Антенно-фидерные устройства. М: Советское Радио, 1974

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

Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие для вузов связи. М: "Связь", 1977.

А.П. Дорохов. Расчет и конструирование антенно-фидерных устройств. Харьков, 1960.

В.И. Власов, Я.И. Берман. Проектирование высокочастотных узлов радиолокационных станций. Ленинград, 1961.

Конспект лекций по курсу "Антенны и устройства СВЧ"

Приложения

Приложение 1

Конструкция антенны из 10-ти рупорно-линзовых антенн

Рис. 20. Конструкция антенны

1 - рупор

2 - согласованная нагрузка

3 - жесткий короб с направленным ответвителем внутри

4 - короб с фазовращателем внутри

5 - кабель, управляющий фазовращателем

6 - питающий от генератора волновод

7 - ВЧ разъём

8 - жесткий обод защитной стенки

9 - защитная радиопрозрачная стенка

10 - металлическая крепежная мачта

11 - держащая цилиндрическая балка

12 - ребро жесткости

13 - держащая пластина

14 - жесткая рама

15 - короб защитный

Приложение 2

Описание конструкции

Конструкция антенны довольно проста. Все рупоро-линзовые излучатели объединяются между собой посредством клепочного соединения. Решетка соединенных воедино излучателей охватывается по краю раскрыва металлической рамой (14), обеспечивая надежное скрепление всех рупоров и придавая необходимую жесткость. Для обеспечения экранировки, а также для изоляции фидерного устройства от внешних неблагоприятных воздействий, направленные ответвители и фазовращатели помещаются в специальные короба (3 и 4). Короб 3 также выполняет функцию крепления антенны к мачте посредством цилиндрических балок (11) и держащей пластины (13). К держащей пластине приваривается крепежная мачта (10) с ребрами жесткости (12).

Для осуществления управления фазовращателями, из короба с фазовращателем внутри (4), выходит кабель. Каждый такой кабель протянут к защитному коробу (15), расположенному на держащей пластине. Далее пучок кабелей проходит по полой мачте к основанию.

Для защиты линзы и внутренней части рупора в конструкции предусмотрена защитная стенка (9). Чтобы не влиять на работу решетки она должна быть изготовлена из радиопрозрачного материала, имеющего плотную структуру. Стенка крепится к решетке жестким ободом (8)

Вся установка может быть размещена на необходимой высоте с помощью башни или мачты или какой-либо другой конструкции в зависимости от условий эксплуатации. При этом конструкция крепления устройства антенны при необходимости может быть изменена.

Размещено на Allbest.ru