Оформление(1). Пояснительная записка к курсовой работе по курсу Распространение радиоволн и антеннофидерные устройства систем мобильной связи
 Скачать 0.63 Mb.
|
 Министерство образования и науки Российской ФедерацииНовосибирский государственный технический университет Кафедра радиопередающих и радиоприёмных устройств (РПиРПУ) Пояснительная записка к курсовой работе по курсу Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства систем мобильной связи на тему: Щелевая антенна с отклонённым узким лучом в E-плоскости
Новосибирск 2018
|
Содержание
1. Исходные данные.| Тип антенны | Нерезонансная волноводно-щелевая |
| Ширина диаграммы направленности в плоскости вектора E по половинной мощности  . |  |
| Угол отклонения луча от нормали  |  |
| Частота f | 9 ГГц |
| Сопротивление  | 75 Ом |
2. Введение.
Волноводно-щелевые антенны (ВЩА) применяются в разных областях за счёт своей простоты изготовления, эксплуатации и способа возбуждения. Но широкое применение получили в авиации из-за того, что данные антенны могут быть установлены во внешние обводы корпуса летательного аппарата, не внося серьёзных изменений в его лётно-технические характеристики. Главным недостатком ВЩА является их ограниченные диапазонные свойства.
В данной курсовой работе будет рассмотрен один из подвидов ВЩА, нерезонансная с отклонённым лучом в плоскости вектора E. Особенностью нерезонансных антенн, в сравнении с резонансными типом, является более широкая полоса частот, в диапазоне которой имеется хорошее согласование. За счёт того, что расстояние между щелями больше или меньше половины длины волны в волноводе, создаётся несинфазное возбуждение щелей падающей волной, что приводит к отклонению главного максимума от нормали к оси волновода.
3. Расчёт антенны.
3.1. Расчёт геометрических размеров волновода.
Рассчитаем геометрические размеры волновода. Для этого возьмём сначала найдём длину волны:
 | (3.1) |
где c – скорость света равная 300 000 000 м/с.
м.Высоту (b) и ширину (a) волновода можно определить из следующих выражений:
 | (3.2) |
 | (3.3) |
м,
м.3.2. Расчёт количества и положения щелей.
Рассчитаем длину волны в волноводе:
 | (3.4) |
м.Для расчёта расстояния между центрами щелей в нерезонансной антенне воспользуемся следующим расчётным соотношением[1]:
 | (3.5) |
где p = 0.5 для переменно-связных щелей.
Выразив в (3.5) d получим:
 | (3.6) |
Подставим имеющиеся значения:
м.Количество щелей зависит от амплитудного распределения, в качестве такого распределения будем использовать экспоненциальное. При экспоненциальном распределение ширина луча
определяется через следующее выражение[1]:  | (3.7) |
где N – количество щелей, d – расстояние между центрами щелей.
,но учтём, что количество щелей на узкой стенке должно быть чётным, поэтому примем N = 6.
Угол наклона щелей зависит от эквивалентной проводимости щелей[1]:  | (3.8) |
Рис.3.1. Зависимость эквивалентной проводимости щели от угла наклона щели.
Найдём проводимости щелей. Поскольку распределение экспоненциальное, то проводимость всех щелей одинаковая, и находится по следующей формуле:  | (3.9) |
где
- коэффициент связи щели с волноводом.Коэффициент связи для экспоненциально распределения можно рассчитать по следующему выражению[1].
 | (3.10) |
где
- КПД антенны, при этом 
, где 
для выбранного распределения равно 0.05.Учитывая формулы (3.9) и (3.10) получим выражение для эквивалентной проводимости.
 | (3.11) |
Зная выражение (3.11) найдём проводимость:
См.По рис.3.1. найдём угол который соответствует проводимости. Этот угол равен
.3.3. Расчёт возбудителя.
В качестве возбудителя будем использовать штырь. Примем диаметр штыря 1 мм, а его высоту вне волновода равную 1 мм.
Расстояние l от центра штыря до закороченной стенки волновода должно составлять:
 | (3.12) |
м.Для нахождения длины штыря в волноводе прибегнем к следующему расчётному соотношению[2]:
 | (3.13) |
где 
- входное сопротивление коаксиальной линии, 
- волновое сопротивление волны H10 в прямоугольном волноводе, 
k – волновое число, x1 – расстояние центра штыря до узкой стенки волновода.Волновое сопротивление волны можно определить по следующему выражению[3]:
 | (3.14) |
где
- волновое (характеристическое) сопротивление пространства, заполненного диэлектриком, для воздушной среды оно равно
Ом.На основании формулы (3.13) найдём выражение для длины штыря:
 | (3.15) |
Рассчитаем сначала волновое сопротивление волны, а затем длину штыря в волноводе, учтём, что
:
Ом,
В нерезонансных ВЩА в конце волновода ставится не закоротка, а согласованная нагрузка. В качестве такой нагрузки в данной работе будет выступать штырь с аналогичными геометрическими размерами и сопротивлением, тому, что является возбудителем.4. Конструкторско-технологический раздел.
Антенна состоит из 3 частей: волновода с щелями на одной из узких стенок, возбудителя и согласованной нагрузки.
В волноводе с размерами сечения 23х11.6 мм (ГОСТ 20900-75) на одной из узких стенок прорезано под наклоном в 41 градус 6 щелей толщиной 1 мм. Центр каждой щели расположен на расстоянии d от центра другой.
Рис.4.1. Коаксиально-волновой переход[4].
Возбуждение волны происходит с помощью коаксиального кабеля (в качестве примера при моделировании брался кабель RG-6 EC-C2-32123A-WT-1 с диаметром жилы 1 мм и диаметром оплётки 6.8 мм), заканчивающего жилой (штырём) в волноводе. Штырь располагается в широкой стенке, по центру волновода, относительно ширины и на расстоянии l от короткозамкнутой стенки волновода. Для соединения волновода и коаксиала используют так называемые коаксиально-волноводные переходы (ГОСТ РВ 51914-2002).
5. Расчёт нерезонансной волноводно-щелевой антенны в среде CST STUDIO SUITE 17.
Рис.5.1. Трёхмерная модель нерезонансной волнодно-щелевой антенны.
Рис.5.2. Зависимость модуля коэффициент стоячей волны
от частоты.
Рис.5.3. Трёхмерная диаграмма направленности.
Рис.5.4. Диаграмма Смита.
Рис.5.5. Диаграмма направленности в плоскости вектора E.
Рис.5.6. Диаграмма направленности в плоскости вектора H.
Список литературы
1.Воскресенский Д. И. [и др.] Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. // Учебное пособие для вузов / ред. Воскрсенский Д. И.. - М : Советское радио, 1972 г.. - стр. 320. - УДК 621.396.67.
2.Шадирна Г. С. и Горбачев А. П. Антенны // Методические указания к курсовой работе для студентов факультета "Радиотехника, электроника и физика" (направление 552500 - Радиотехника) всех форм обучения.. - Новосибирск : Новосибирский государственный технический университет, 2005 г.. - стр. 42. - УДК 621,396,67(07) А72.
3.Никольский В. В. и Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн // Учебное пособие. - М : Книжный дом "ЛИБРИКОМ", 2011 г.. - 5-е. - стр. 544. - ISBN 978-5-397-01801-2.
4.Горбачев А. П. и Филимонова Ю. О. Электромагнитыне волны в прямоугольных и круглых волноводах. // учеб.пособие. - Новосибирск : Новосибирский государственный технический университет, 2012 г.. - стр. 212. - ISBN 978-5-7782-1975-5.
