Содержание
I. Введение
В данной курсовой работе рассматривается линзовая антенна с ускоряющей линзой, облучателем которой является пирамидальный рупор. Существенным недостатком пирамидального рупора является сферический фронт излучаемой волны – что приводит к расширению ДН, именно для этого и применяется линза (радиопрозрачное тело с коэффициентом преломления отличным от 1).
В рассматриваемом случае линза выполнена из металлических пластинок, во время прохождения через которые фазовая скорость волны превышает скорость света – поэтому она называется ускоряющей, в данном случае пластинки играют роль волновода, и выстраивая профиль определенным образом можно добиться того чтоб периферийные лучи проходили большее расстояние между пластинками по сравнению с центральным лучом и на выходе имели одинаковую фазу.
Целью выполнения курсовой работы является закрепление и углубления знаний по дисциплине «Антенны и устройства СВЧ» и применение их для решения инженерных задач.
В соответствии с условиями задания, мною произведен расчет рупорно-линзовой антенны, параметров «металлопластинчатой линзовой антенны».
На Рис. №1 показана исследуемая металлопластинчатая линзовая антенна.
Рис. №1
Эскиз цилиндрической металлопластинчатой линзы.
Линза также может выполняться например из диэлектрика, но в этом случае она будет иметь выпуклый профиль и из-за диэлектрических потерь будет падать КПД.
Помимо высокого КПД металлопластинчатые линзы имеют такие достоинства как малая масса, узкая ДН и низкий уровень боковых лепестков.
В тоже время к слабым сторонам таких линз относятся- сложность в изготовлении, большие размеры и узкая полоса пропускания – так как уровень отражение зависит от длинны волны.
|
|
Использование линзовых антенн ограничено в связи со сложностью изготовления и настройки параметров. Но всё же они находят своё применение.
Поскольку линзовые антенны принципиально позволяют формировать диаграммы направленности любой формы, то возможности их применения в технике СВЧ весьма разнообразны. Так, например, линзовые антенны, формирующие узкий игольчатый луч ДН, широко применяются в качестве антенных систем радиолокационных станций (РЛС) обнаружения и сопровождения. Цилиндрические линзовые антенны, позволяющие формировать веерную ДН, могут использоваться в допплеровских измерителях скорости и сноса (ДИСС) бортовых РЛС, а также в системах картографирования местности. Линзовые антенны с облучателями в виде решетки элементарных излучателей способны формировать многолучевые ДН. Такие антенны находят применение в бортовых системах искусственных спутников Земли (ИСЗ) и обеспечивают их связь с наземными станциями, позволяя осуществлять разделение каналов связи.
II. Расчет параметров металлопластинчатой линзовой антенны.
Исходные данные:
Рабочая длина волны (λ): 4.8 см;
Излучаемая мощность (PƩ): 30 кВТ;
;
1.Определяются размеры раскрыва облучателя:
Здесь 
- коэффициент использования площади раскрыва. Для пирамидального рупора принимается равным 0,5.
Соотношение между сторонами раскрыва 
/ 
выбирается в диапазоне 1,33-1,5.
При этих условиях размеры сторон определяются так:
|
|
2.Выбирается фокусное расстояние линзы:
Чаще всего фокусное расстояние принимают равным большему размеру раскрыва рупора с целью получения оптимального соотношения длинны антенны к толщине линзы.
3. Выбирается коэффициент преломления линзы:
Коэффициент преломления для металлопластинчатой линзы принимается в пределах от 0.5 до 0.6 - т.к. уменьшение коэффициента преломления менее 0.5 ведёт к сильному возрастанию отражений от поверхности линзы, а превышение 0.6 значительно увеличивает толщину линзы.
4. Вычисляется толщина линзы:
где D - наибольший размер линзы, в нашем случае рассматривается цилиндрическая линза с профилем вырезанным относительно плоскости E – соответственно:
5. Вычерчивается профиль пластины линзы:
Уравнение профиля ускоряющей линзы:
Профиль ускоряющей линзы представлен в приложении № 1.
6. Вычисляется расстояние между пластинами линзы:
7. Оценивается полоса пропускания линзы:
Откуда полоса пропускания:
, где 
– рабочая частота.
8. Рассчитывается распределение напряженности поля в раскрыве линзовой антенны:
Так как мы используем цилиндрическую линзу – то формула распределения энергии будет иметь следующий вид:
, где f(
– характеристика направленности облучателя в рассматриваемой плоскости.
Рис. № 6
Распределение напряженности поля в раскрыве линзы.
9. Рассчитывается характеристики направленности ускоряющей линзовой антенны:
Так как в качестве облучателя используется рупор, то расчет характеристик направленности линзовой антенны выполнен по формулам:
|
|
Диаграмма направленности в плоскости E:
Рис. № 7.
Диаграмма направленности в декартовой системе координат.
Рис. № 8
Диаграмма направленности в полярной системе координат.
Диаграмма направленности в плоскости H:
Рис. № 9
Диаграмма направленности в декартовой системе координат.
Рис. № 10
Диаграмма направленности в полярной системе координат.
10. Определяется КБВ в фидерном тракте, обусловленный отражением от линзы:
Для металлопластинчатой линзы КБВ волны принимается равным коэффициенту преломления:
Коэффициент отражения от линзы будет равен:
11. Выбирается схема антенно-фидерного тракта и выполняется расчет линии передачи:
В качестве фидерного тракта удобно использовать коаксиальный кабель – так как он прост в изготовлении (соответственно и дёшев) и удобен в прокладке, так как не имеет жесткой конструкции, но на частоте свыше 3ГГц он теряет свою эффективность и имеет достаточно большое затухание. Поэтому в качестве фидерной линии для данной антенны будет использоваться волновод.
Рис. № 11
Схема антенно-фидерного тракта.
Для данной антенны по частотным свойствам подходит стандартный волновод типа R-70. Затухание в нем:
, где 
=2 - длина волновода, а α = 0.0576дБ/м - коэффициент затухания;
Определяются прямые потери в различных неоднородностях, в нашем случае единственная неоднородность в фидерной линии которую мы учитываем – контактное соединение волноводов, а именно генератора и фидерного волновода:
Определяется затухание фидерного тракта:
Вычисляется максимальное значение ожидаемого с вероятностью 0,9 суммарного коэффициента отражения на входе линии передачи с числом неоднородностей белее пяти из соотношения:
Гф=0.01 – коэффициент отражения фидера.
– коэффициент отражения от рупора:
Соответственно:
