Пример готовой курсовой работы по предмету: Электроника, электротехника, радиотехника
Содержание
Оглавление
Введение 4
РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ И ПАРАБОЛОИДА 10
1 Расчет фидерного тракта 10
2 Расчет облучателя и его ДН 14
3 Расчет размеров зеркала и ДН параболической антенны 18
4 Расчет максимального КНД параболической антенны 23
5 Допуски на точность изготовления зеркала и установки облучателя 24
6 Расчёт КПД фидерного тракта. 25
Заключение 26
Список использованных источников 27
Приложение. Вспомогательные расчеты в программе Mathcad 28
1. Расчёт ДН облучателя 28
2. Расчёт θопт и Dмакс 29
3. Расчёт ДН параболической антенны 30
Выдержка из текста
Введение
Зеркальные параболические антенны являются наиболее распространенным типом направленных антенн в сантиметровом, дециметровом и отчасти метровом диапазонах волн. Широкое использование зеркальных антенн объясняется простотой конструкции, возможностью получения почти любого применяемого на практике типа диаграммы направленности, высоким КПД, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование суммарных и разностных диаграмм направленности общим зеркалом. Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном секторе углов. Зеркальные антенны являются также наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии, и именно с помощью зеркальных антенн в настоящее время реализованы гигантские антенные системы с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров. В настоящее время применяются главным образом зеркала с параболической формой поверхности (параболоид вращения и параболический цилиндр), однако в последние время получают распространение сферические зеркальные антенны, а в двухзеркальных антеннах – зеркала специальной формы для получения необходимого распределения поля по раскрыву антенны или широкоугольного качания ДН. Внешний вид конструкции параболической антенны может быть, например, таким как на рисунке 1.
Основными элементами параболической антенны являются металлический отражатель (рефлектор)
1. имеющий форму одной из параболических поверхностей, облучатель с элементами крепления
2. помещённый в фокусе такой поверхности, и питающий фидер 3 (см. рисунок 2).
Параболоид вращения возбуждается слабонаправленным облучателем (например, рупором), помещённым в фокусе, и преобразовывает сферический фронт волны в плоский. Облучатель антенны выполняется так, чтобы почти вся излучаемая им энергия направлялась в сторону отражателя. Достигнув отражателя, электромагнитные волны возбуждают на его поверхности высокочастотные токи, которые создают свои электромагнитные поля. В параболических антеннах используются оптические свойства радиоволн. Геометрические свойства параболы таковы, что лучи, направляемые из фокуса и отражаемые от параболы, становятся параллельными оси параболы (см. рисунок 3), так что длина пути от фокуса до параболы и затем до линии раскрыва, проходящей через края параболы, одинакова для любого угла θ. Таким образом, в раскрыве параболической антенны образуется синфазная поверхность и излучение антенны оказывается остронаправленным.
В декартовой системе координат параболоид вращения определяется уравнением (начало координат совпадает с вершиной параболоида) , а в сферической системе координат (начало координат совпадает с фокусом параболоида) – уравнением
.
Диаметр раскрыва параболоида D3 и его фокусное расстояние f связаны между собой соотношением
,
где
2 θмакс — угол раскрыва параболоида (см. рисунок 3).
В настоящее время широко применяются зеркальные антенны, как наиболее технологичные и недорогие из всех антенн СВЧ. Простота конструкции, малая масса, хорошие электрические характеристики – вот основные причины широкого использования зеркальных антенн в дециметровом, сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн.
Параболическая зеркальная антенна одна из наиболее часто применяемых антенн. Теория и вопросы проектирования параболических зеркальных антенн достаточно полно описаны в научной литературе.
В качестве облучателя параболического зеркала часто используют прямоугольный волновод с волной типа Н
10. Часто применяют прямоугольный или круглый волновод, нагруженный на рупор. Широко используют облучатель двухщелевого типа, а также вибраторный облучатель. Антенная система со щелевым облучателем оказывается очень компактной. Облучатель создает малое затемнение зеркала. Примером облучателя с круглой поляризацией является спиральная антенна. В качестве облучателя может также использоваться антенна волновой канал и микрополосковая антенна.
С развитием техники СВЧ усилителей, обладающих чрезвычайно низким уровнем шумов, оказалось, что антенна дает значительный вклад в общую шумовую температуру системы. Шумовую составляющую можно уменьшить путем тщательного проектирования антенны.
Зеркальная антенна – направленная антенна, содержащая первичный излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности. Параболическая зеркальная антенна представлена на рисунке 4.
Рис. 4 – Зеркальная параболическая антенна
Волноводные излучатели и рупорные антенны являются одним из распространенных типов антенн СВЧ и используются не только как самостоятельные антенны, но и как первичные излучатели других, более сложных антенн этого диапазона частот (зеркальных, линзовых).
Так как размеры выходного отверстия волновода невелики (обычно меньше длины волны), то антенны в виде открытого конца волновода – принципиально слабонаправленные антенны.
Для получения большей направленности волноводный излучатель превращают в рупорную антенну. Наиболее распространены секториальные
(рисунок 5, а, б), пирамидальный (рисунок 5, в) и конический (рисунок 5, г) рупоры с прямолинейными образующими.
Форма главного лепестка амплитудной ДН рупорной антенны зависит от угла раствора рупора. Исследования показали, что при постоянной длине рупора наибольшая направленность излучения для секториальных рупоров получается при углах раствора рупора, которые соответствуют следующим фазовым ошибкам (в радианах) на краях раскрыва: Ф = 3π / 4 в горизонтальной плоскости Н, Ф = π / 2 в вертикальной плоскости Е. Рупоры с такими значениями максимальных фазовых ошибок получили название оптимальных.
Рис. 5 – Рупорные антенны: а – Е секториальный; б – Н секториальный; в – пирамидальный; г – конический
Целью данной курсовой является освоение методики проектирования зеркальных параболических антенн: определение их основных электродинамических параметров и конструктивный расчет.
Также являются целями настоящей курсовой работы:
- закрепление и углубление теоретических знаний, полученные при изучении курса «Устройства СВЧ и антенны» и предшествующего курса «Электродинамика и распространение радиоволн»;
- подготовка материала для изучения последующих специальных курсов;
- систематизирование, закрепление и расширение теоретических знаний в области расчёта, конструирования и технологии производства устройств СВЧ и антенн;
- развитие практических навыков самостоятельного решения конкретных инженерно-конструкторских задач;
- получение навыков работы с научно-технической литературой, нормативными документами, государственными стандартами;
- развитие творческого и исследовательского потенциала;
- приобретение навыков изложения сути найденных технических решений в пояснительной записке и чертежно-графическом материале.
В курсовой работе определение поля излучения параболической антенны производится апертурным методом, который широко применяем при проектировании зеркальных антенн.
Список использованной литературы
Список использованных источников
1. Федорова Л.А., Мельникова А.Ю. Расчет и проектирование линзовых антенн: методические указания к курсовому и дипломному проектированию./ Л.А. Федорова, А.Ю. Мельникова. – СПб: изд-во СПбГУАП, 2002. – 33 с.
2. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. — 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Советское радио, 1967. – 652 с.
3. Сазонов Д.М. и др. Устройства СВЧ: учеб. пособие/ под ред. Д.М.Сазонова. – М.: Высш. Школа, 1981. – 295 с.
4. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. – М.: «Энергия», 1966. – 648 с.
5. Кюн Р. Микроволновые антенны. /перевод с немецкого Табарина В.И. и Лабецкого Э.В. под ред. Долуханова М.П. – Л.: «Судостроение», 1967. – 518с.
6. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. – М.: «Энергия», 1975. – 528с.
7. Дорохов А.П. Расчёт и конструирование антенно-фидерных устройств / А.П. Дорохов. – Харьков: изд-во ХГУ, 1960. – 450 с.
