Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Антенна - часть радиоустановки, служащая для излучения радиоволн при передаче или для улавливания их на приеме.

На дециметровых или более коротких волнах широкое применение находят рупорные антенны и, в частности в виде открытого прямоугольного или круглого волновода. Излучатели этого типа используются самостоятельно, а также как облучатели линзовых и зеркальных антенн.

Антенны в виде открытого конца волновода обладают слабой направленностью, и их коэффицент усиления находится обычно в пределах 6-7 дБ. Такие антенны чаще всего используют в качестве элементов фазированных антенных решеток, в облучателях простейших параболических антенн, а так же в качестве слабонаправленных антенн летательных аппаратов.

В горле рупора, то есть в месте его соединения с волноводом, все же возникают высшие типы волн. Однако, если угол раскрытия рупора не слишком велик, то волны всех типов, кроме основного, быстро затухают в области горловины рупора, а по рупору будет распростаняться только колебания основного типа. Наряду с H секториальными применяют E секториальные рупоры, расширяющиеся в плоскости вектора E. Ширина диаграммы направленности в плоскости H - E секториального рупора такая же, как и у открытого конца волновода, а в плоскости Е ширина луча с увеличением размера b уменьшается, если угол раствора взят достаточно малым.

Наиболее широко применяются пирамидальные рупоры спрямоугольным поперечным сечением (рис. 1). Эти рупоры позволяют сужать диаграмму направленности как в просткости Н, так и в плоскости Е. В пирамидальном рупоре образуется сферическая волна, фазовая скорость которой является переменной и у открытого конца приближается к скорости света. Вследствие этого отражение волны от раскрыва незначительно - рупор согласовывает волновод с открытым пространством. ДН пирамидального рупора мало отличаются от ДН синфазного прямоугольного раскрыва.

Рис.1. Пирамидальный рупор.

Помимо рупоров прямоугольного поперечного сечения находят применение рупоры круглого сечения, а именно конические рупоры. Они образуются путем расширения открытого конца круглого волновода, возбуждаемой волной . Излучение конического рупора аналогично излучению пирамидального рупора, и он также имеет оптимальные размеры, которые можно рассматривать как средние между размерами оптимальных Е и Н плоскостных рупоров.

Достоинствами рупорных антенн являются простота и неплохие диапазонные свойства. Практически все оптимальные и более длинные рупоры могут быть использованы во всей рабочей полосе частот питающего волновода. Самостоятельно рупорные антенны чаще всего применяются в измерительных установках, например как эталонные антенны с известным коэффицентом усиления. Кроме того, рупоры широко применяются для облучения зеркальных и линзовых антенн, а также в конструкциях антенн других типов, например импедансных. [1]



1. Расчет элементов конструкции антенны

1.1 Выбор геометрических размеров рупорной антенны

Выбор размеров рупорной антенны начинают с выбора размера стандартного волновода, питающего рупор. Выбор размеров прямоугольного волновода производится исходя из условия режима работы с волной основного типа .

Выбираем волновод R100.

Тип волновода.	Диапазон, Ггц.	Размеры сечения, мм	Затухание, дБ/м
R100	От	До	а	b	F, ГГц	л
	8,2	12,5	22,86	10,16	9,84	0,11

1.2 Определение типа возбуждающего устройства, расчет его размеров

Подберем расстояние до закорачивающей стенки волновода .

где

Выбираем коаксиальный кабель РК 50-7-16.

Тип кабеля	С пф/м	W Ом	Затухание мНп на 1 м на f мГц	Uраб кВ
			100	300	1000	3000
РК 50-7-16	96	52	10	17	36	74	1,5

=1,963

Высоту штыря h находим по формуле:

= 0,626 см.

Определяется длина волновода от возбуждающего штыря до горловины рупора по формуле:



1.3 Определяем размеры раскрыва пирамидального рупора

Размеры раскрыва пирамидального рупора находим по следующим формулам:

в плоскости вектора Е

в плоскости вектора Н

Отсюда:

1.4 Определение длины рупора

Длину рупора характеризуют два размера:

h-расстояние от раскрыва до горловины рупора, одинаковое в плоскостях Е и Н.

-расстояние от раскрыва до точки, в которой сходятся ребра пирамидального рупора в плоскостях Е и Н соответственно.

При выборе длины пирамидального рупора следует обеспечить два условия:

1) Допустимую фазовую ошибку в раскрыве;

2) Правильную стыковку рупора с питающим волноводом.

Известны необходимые соотношения для определения длины рупора в плоскостях Е и Н:



;

С другой стороны, в плоскостях E и Н следует:

и

Откуда размеры рупора для осуществления стыковки связаны следующим соотношением:

Расстояние от раскрыва до горловины найдем по формуле:

Качество антенн характеризуется коэффициентом усиления антенны, равным произведению коэффициента направленного действия (КНД) на коэффициент полезного действия (КПД) антенны.

Для секториальных рупоров длина может быть определена из выражения:

Где:

L - значение стороны раскрыва;

?R -допустимая разность хода лучей в Е плоскости - ; В H плоскости -

Для пирамидальных рупоров, кроме того, при выборе длины следует обеспечить правильное сопряжение рупора с волноводом. Размеры рупора при этом находятся с учетом следующего соотношения:

.

Таким образом, для пирамидальных рупоров длина должна выбираться с учетом двух соотношений. Поэтому при допустимой фазовой ошибке длина рупора должна удовлетворять одновременно двум неравенствам:

и

Выбирается большее из этих значений R=71 см.



2. Расчет диаграммы направленности

Диаграмма направленности -- графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия антенны от направления антенны в заданной плоскости.

Если полагать, что поле в раскрыве рупора синфазно, а амплитудное распределение такое же, как и у поля в поперечном сечении питающего волновода, то диаграммы направленности (по полю) пирамидального рупора могут быть рассчитаны по формулам:

Рассчитанные значения диаграмм направленности приведем в таблице 1.



Таблица 1.

Диаграмма направленности пирамидального рупора в плоскости E.



Диаграмма направленности пирамидального рупора в плоскости H.



3. Расчет фидерного тракта антенны

Определим потери в регулярной части линии передачи. Выберем длину коаксиальной линии передачи l= 20м.

В качестве линии передачи возьмем коаксиальный кабель РК 50-7-16.

Тип кабеля	С пф/м	W Ом	Затухание мНп на 1 м на f мГц	Uраб кВ
			100	300	1000	3000
РК 50-7-16	96	52	10	17	36	74	1,5

Из таблицы приложения найдем погонное затухание для выбранного типа кабеля на 100 мГц:

Для расчета необходимо перевести затухание из Нп в дБ:

Регулярные потери будут равны:

Определим потери в функциональных узлах линии. Так как предполагается применить только два разъемных соединения, то потери будут равны:

где прямые потери в разъемах.

Определим прямое затухание фидерного тракта:



Вычислим максимальное значение ожидаемого с вероятностью 0,95 суммарного коэффициента отражения на входе линии передачи:

Рассчитаем КПД линии передачи. Для этого переведем Нп в ;

=

Определим КПД антенно - фидерной системы:

Определяем мощность передатчика:



4. Конструктивная часть

Конструкция рупорной антенны состоит из двух вертикальных и двух горизонтальных стенок раскрыва, фланца и радиопрозрачного обтекателя. Горизонтальные и вертикальные стенки раскрыва вырубаются из листовой латуни Л62 толщиной 2мм. Обтекатель изготавливается из ударопрочного литьевого полистирола УПМ 0703 литьем под давлением.

Рупорная антенна состоит из рупора и волновода. Генератор, питающий антенну, имеет волноводный выход, фидерный тракт выполнен в виде прямоугольного волновода с волной . Волноводный фидер непосредственно переходит в волновод, возбуждающий рупор.

Схема рупорной антенны.

Сборка рупорной антенны осуществляется пайкой. Для соединения деталей из латуни ведут и использованием твердого припоя ПСр-45. Он имеет высокую механическую прочность, низкое удельное сопротивление, устойчив к воздействию окружающей среды. Предел прочности такого соединения составляет 28-33 . В качестве флюса используется смесь 80% - 90% буры с 10-20% хлористого цинка. После пайки флюс удаляют, промывая сборочную единицу в горячей воде волосяными щетками. Пайку производят в печах с защитно-восстановительной атмосферой. Такой метод позволяет уменьшить деформацию спаиваемых соединений и паять сразу все швы рупора. Процесс ведется в такой последовательности. Отожженные и тщательно обезжиренные детали собираются на оправках, их взаимно фиксируют приспособлениями из нержавеющей стали Х18Н19Т, чтобы избежать припаивания приспособлений к сборочным деталям. Припой накладывается на места пайки в виде проволоки диаметром 1мм, после чего сборка помещается в печь, нагретую до температуры , которую затем поднимают до рабочей. Время выдержки - 20 минут. Остывание сборки до ведется в защитно-восстановительной среде.



5. Применение рупорных антенн

Самостоятельно рупорная антенна применяется главным образом в тех случаях, когда не требуется острая диаграмма направленности и когда антенна должна быть достаточно диапазонной. Практически с помощью рупорной антенны можно перекрыть приблизительно двойной диапазон волн. Собственно говоря, диапазонность рупорной антенны Электромагнитные ограничивается не рупором, а питающем его волноводом.

Большая диапазонность рупорных антенн и простота конструкции являются существенными достоинствами этого типа антенн СВЧ, благодаря которым они находят широкое применение в технике антенных измерений и измерений характеристик электромагнитного поля.

рупоры также широко применяются в качестве облучателя линзовых, зеркальных антенн, а также в качестве элементов антенных решеток.

Эксплуатация антенны производится согласно нормативной документации, в которой оговорены сроки проведения регламентных работ. Регламентные работы представляют собой список необходимых действий для проверки точности работы антенны и ее параметров, а также механических и электрических свойств.

Внешний осмотр необходимо проводить постоянно на наличие механических и электрических повреждений. Регулярно проводить чистку антенны от грязи и пыли, проверку фидерного тракта.



Заключение

В ходе выполнения курсовой работы был произведен расчет основных размеров антенны, рассчитаны параметры фидерной линии. На основе произведенных расчетов была построена диаграмма направленности, выполнен эскиз антенны.

По форме диаграмм направленности и рассчитанному значению КПД можно сделать вывод, что основные параметры антенны соответствуют заданным значениям.

КПД антенны: 0,84

Требования, предъявляемые в техническом задании к рупорной антенне, выполнены с некоторым запасом по мощности.

рупорный антенна фидерный направленность



Литература и источники информации

1. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988. - 432 с.

2. Нечаев Е. Е. Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Антенны и РРВ». М.: МГТУГА, 1996. -106 с.

3. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Антенно-фидерные устройства. М.: Радио и связь, 1989. - 352с.

4. А.З. Фрадин. Антенно-фидерные устройства. Учебное пособие. М.: Связь, 1997.

Размещено на Allbest.ru