Назначение параболической антенны.

Содержание проекта

1. Введение
2. Обзор литературы
3. Обоснование структурной и принципиальной схем
4. Выбор типа линии передачи
5. Расчет диаграммы направленности облучателя
6. Расчет геометрических размеров облучателя и зеркала
7. Технические допуски в антеннах
8. Расчет распределения поля в раскрыве зеркала и расчет аппроксимирующих функций
9. Расчет диаграмм направленности зеркальной антенны в главных плоскостях
10. Расчет элементов фидерного тракта
11. Конструкция антенны
12. Заключение
Список литературы

 

 

Курсовая работа

«Устройства СВЧ и антенны»

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Факультет №2 Кафедра №21

Задание №3

На тему: Параболическая двух зеркальная антенна самолетной РЛС

Выдано студенту: Петров И.М. группа № 2243

Дата выдачи задания «_____»_____2015г. Срок выполнения ________2015г.

 

I. Технические условия

1. Тип антенной системы - параболическое зеркало с волноводно-вибраторным облучателем обратного излучения (четыре полуволновых вибратора возбуждаются открытым концом прямоугольного волновода).

2. Рабочая длина волны -λ=2,5 см

3. Ширина диаграмма направленности антенны в главных плоскостях на уровне половинной мощности в горизонтальной плоскости 2φ̊_P/2=1,5, в вертикальной плоскости 2φ̊_P/2=1,5.

4. Уровень поля на краю зеркала – выбрать.

5. Уровень первого бокового лепестка не более -20 дБ.

6. Поляризация – вертикальная, линейная.

7. Мощность излучения P_∑=40кВт. Антенна работает на прием и передачу.

8. Обзор пространства по азимуту 360, по углу места ±15̊.

II. Содержание проекта.

1. Введение. 2. Структурная схема радиотехнической системы и принципиальная схема антенно-фидерного тракта. 3. Выбор типа линии передачи. 4. Расчет геометрических размеров облучателя и решётки. 5. Расчет диаграммы направленности облучателя в главных плоскостях. 6. Расчет диаграммы направленности решетки в главных плоскостях и КУ. 7. Разработать схему питания решётки. 8.Расчет элементов фидерного тракта. 9. Разработать конструкцию антенны и привести её описание. 10. Спецификация к чертежам. 11. Список литературы. 12. Заключение.

III. Оформление проекта.

1. Проект представляется в виде пояснительной записке с рисунками и расчетными таблицами объёмом 30-40 стр.

2. Чертежи: Общий вид антенного устройства с габаритными размерами -1лист. Деталировка узла -1 лист. Диаграмма направленности антенны – 1лист.

IV. Общие указания.

Пояснительная записка должна быть выполнена на листах формата 210х297 мм черной шариковой ручкой. Используемые расчеты формулы приводятся приводить со ссылкой на литературу в буквенном обозначении с кратким пояснением, а затем с числовыми значениями расчеты кривых давать в таблицах. Рисунок или несколько рисунков приводятся на отдельных страницах. Чертежи должны быть выполнены карандашом.

Выполненные проекты не возвращаются.

V. Рекомендуемая литература.

1.

2.

Руководитель проекта _________________________________________________

Задание принял к исправлению________________________________________

 

Введение

 

Зеркальные антенны являются наиболее широко распространенным типом антенн в дециметровом и особенно в сантиметровом диапазонах волн. Такое широкое применение зеркальных антенн объясняется относительной простотой их конструкции, возможностью получения диаграммы направленности (ДН) почти любого типа из применяемых на практике, высоким КПД, малой шумовой температурой и т.д. Зеркальные антенны легко позволяют получить равносигнальную зону, а некоторые их типы могут применяться для быстрого перемещения (качания) ДН в пространстве без заметных искажений её формы в значительном секторе углов.

Зеркальные антенны являются наиболее распространённым типом антенн, используемых для радиотелескопов и антенн с очень большой направленностью, применяемых для целей космической связи.

Широко используются зеркала с параболической формой поверхности (параболоид вращения, усечённый параболоид вращения, параболический цилиндр), также распространены сферические зеркальные антенны, двух зеркальные антенны.

Рис. 1

Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, поле отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать быть однонаправленным.

Точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в плоскую, т.е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой ДН.

 

Обзор литературы

В структурной схеме радиотехнической системы используется антенный переключатель(АП).

При написании данной курсовой работы были использованы научная и учебно-методическая литература.

Основным источником, раскрывающим теоретические основы принципа действия зеркальной антенны, антенно-фидерного тракта и облучателя является учебник «Устройства СВЧ и антенны», под редакцией Воскресенского Д.И. [Л6]

Методические указания к курсовому проектированию под редакцией Федоровой Л.А [Л3], подробно раскрывают методику расчета курсового проекта, в частности: расчет апертурных антенн, расчет облучателей апертурных антенн. Также использовалась методичка по линзовым антеннам [Л2].

В структурной схеме присутствует антенный переключатель (АП), антенна работает на прием и передачу. Ниже приведен патент на антенный переключатель:

Классы МПК:	H01Q1/00 Элементы конструкции антенн и связанные с ними устройства H01P1/11 посредством ферромагнитных приборов
Автор(ы):	Беляев Виктор Вячеславович (RU), Чубаков Борис Михайлович (RU)
Патентообладатель(и):	Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" (RU)
Приоритеты:	подача заявки: 2010-11-29 публикация патента: 10.06.2012

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в антенных переключателях для коммутации больших импульсных мощностей (единицы кВт) с высоким быстродействием в широкой полосе частот. Техническим результатом изобретения является обеспечение переключения больших импульсных мощностей с развязкой между каналами «передающее устройство - приемопередающая антенна» и «приемопередающая антенна-приемное устройство» на уровне - 40 дБ.

 

Принципиальная схема

 

 

Рис. 8. Принципиальная схема АФС.

 

Рассмотрим работу щелевых мостов в антенном переключателе прием - передача радиолокационной станции, работающей в импульсном режиме. В схеме переключателя используются два щелевых моста, различие в обозначение плеч которых отмечено штрихами. Между мостами включены разрядники РI и Р2 на одинаковом расстояние от отсчетных плоскостей выходных плеч 2 и 3 ЩМI. Длинна плеч между ЩМI и ЩМ2 одинакова. К плечу I моста ЩМI подключен импульсный генератор (передатчик - ПРД), к плечу 4 - антенна, к плечу 2' ЩМ2 - приемник (ПРМ), к плечу 3' - согласованная нагрузка (СН).

В режиме передачи мощность поступает в плечо I и делится поровну со сдвигом фаз 90°, между плечами 2 и 3. Эти волны поступают на разрядники РI и Р2, которые под воздействием мощного зондирующего импульса пробивается и замыкают накоротко волноводы. Отраженные от разрядников волны, изменив фазу на 180°, поступают обратно на входы 2 и 3 ЩМI и выделяются в плече 4 на антенне, а просочившееся через разрядники мощность попадает на плече I' и 4' ЩМ2 и выделяется в плече 3' на согласованной нагрузке.

В режиме приема сигнал от антенны подводится к плечу 4 ЩМI, разрядники остаются холодными, на выходе ЩМI в плечах 2 и 3 получим два равных сигнала со сдвигом по фазе 90°. Сигнал в плече 3, лежащем напротив входного плеча 4, опережает на 90° сигнал в плече 2, расположенном по диагонали относительно плеча 4. Эти сигналы являются входными для плеч I' и 4' моста ЩМ2 соответственно. Подводимая к Щм2 мощность выделяется в плече 2' на приемнике.

 

 

Выбор типа линии передач

 

Линии передачи предназначены для канализации электромагнитной энергии от источника к потребителю, так в радиолокационных станциях с помощью линии осуществляется передача энергии от передатчика СВЧ в антенну, а от антенны к приемнику. Существует множество видов линий передачи, основными является: прямоугольный волновод, круглый волновод, коаксиальный кабель, полосковая линия.

Волноводы обладают высокой электрической прочностью, малым затуханием, большой широкополосностью, но в тоже время имеет существенный недостаток, которым является громоздкость, обусловленная зависимостью размеров поперечного сечения от длины волны, и поэтому их применяют на длинах волн не более 10 см.

Так как длина волны, заданная в техническом задании равна λ = 2,5 см, выбираю прямоугольный волновод типа МЭК-120.

В связи с тем, что затухание в круглом волноводе меньше затухания в прямоугольном волноводе, выбираю круглый волновод типа С100 с параметрами:

В аппаратуре сантиметровых и миллиметровых волн в качестве линий передачи наибольшее применение находят волноводы прямоугольного сечения с использованием поля основного типа Н_10. Благодаря отсутствию изоляторов внутри волноводов, отсутствуют потери и отражения, связанные с этими изоляторами. В связи с меньшей концентрацией токов на внутренних поверхностях стенок волноводы обеспечивают передачи энергии с меньшими потерями. Благодаря большим размерам поперечного сечения, чем в коаксиальных кабелях, волноводы обладают значительно большей электрической прочностью и позволяют передавать большие мощности. Металлические волноводы отличаются сравнительной простотой изготовления и, как следствие, дешевизной. Размеры волновода выбираются исходя из условия распространения в волноводе волны основного типа (т.е. волны Н₁₀) и отсутствия высших типов волн. В виду всего, вышеперечисленного для нашей линии передачи выберем волноводы прямоугольного сечения с использованием поля основного типа Н_10.

 

 

Рис. 10. Прямоугольный волновод

 

 

Диаграмма направленности четырехвибраторного облучателя обратного излучения, возбуждаемого открытым концом прямоугольного волновода, в Е - плоскости рассчитывается как для двухвибраторного облучателя, а в Н - плоскости по формуле:

fH(φ) = cos[ (1-cosφ)] [cos( kd н sinφ)]

где k = 2π/λ - волновое число; d н - расстояние между двумя парами вибраторов, которое подбирается таким образом, чтобы при угле раскрыва зеркала обеспечить равенство значений диаграмм направленности в Е - и Н - плоскостях. - оптимальный угол раскрыва зеркала, который берется в пределе от 65…67 градусов (в моём случае был выбран угол 65 градусов), тогда значение d н = 0,429λ.

Рис. 11. Линейная система антенна – рефлектор.

 

Параболическое зеркало

1. Точность изготовления отражателя:

Рис. 13. Рис. 14.

Рисунок 13. Параболическое зеркало с разностью хода 2δ.

Рисунок 14. Параболическое зеркало с разностью хода δ.

ψmax доп = /2 2δ ≤ δ ≤ δ = 0,3125

Берут δдоп = (±()) = 0,15625

 

Из рисунка видно, что максимум изменения длинны пути имеет место в центре отражателя, когда путь изменяется на 2δ.

Т.к. отклонение формы поверхности от заданной могут иметь в разных точках противоположные знаки, то за допуск берут величину вдвое меньшую

δдоп = (±())

 

Это все применимо для искажений с площадкой .

 

Конструкция антенны.

 

 

 

 

Заключение

 

 

В ходе курсового проекта были рассчитаны основные характеристики антенны, предназначенной для РЛС обнаружения. Полученные данные удовлетворяют требованиям ТЗ.

 

 

Список литературы

1. Устройства сверхвысоких частот и антенны. Методические указания к курсовому проектированию. Составитель Л. А. Федорова.

2. Расчет и проектирование линзовых антенн. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Составители Л. А. Федорова. и А. Ю. Мельникова.

3. Антенны и устройства сверхвысоких частот. Расчет и проектирование устройств СВЧ. Учебное пособие. Б.Т. Никитин, Л. А. Федорова, Ю. Н. Данилов.

4. Лекции Л. А. Федоровой по курсу «Устройства СВЧ и антенны»

5. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справочник / Под ред. Э.Т. Романычевой.

6. Расчет и конструирование антенно-фидерных устройств. Харьков: Изд-во Харьковского университета, 1960.

7. Изготовление элементов конструкции СВЧ. Волноводы и волноводные устройства. Учебное пособие для вузов. Бушминский Н.П. Высшая школа, 1974.

8. Устройства сверхвысоких частот. Альтман Д.Т. 1968.

9. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов: Учеб. Пособие для вузов/ под ред. Д. И. Воскресенского. Радио и связь, 1994.

 

Содержание проекта

1. Введение
2. Обзор литературы
3. Обоснование структурной и принципиальной схем
4. Выбор типа линии передачи
5. Расчет диаграммы направленности облучателя
6. Расчет геометрических размеров облучателя и зеркала
7. Технические допуски в антеннах
8. Расчет распределения поля в раскрыве зеркала и расчет аппроксимирующих функций
9. Расчет диаграмм направленности зеркальной антенны в главных плоскостях
10. Расчет элементов фидерного тракта
11. Конструкция антенны
12. Заключение
Список литературы

 

 

Курсовая работа

«Устройства СВЧ и антенны»

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Факультет №2 Кафедра №21

Задание №3

На тему: Параболическая двух зеркальная антенна самолетной РЛС

Выдано студенту: Петров И.М. группа № 2243

Дата выдачи задания «_____»_____2015г. Срок выполнения ________2015г.

 

I. Технические условия

1. Тип антенной системы - параболическое зеркало с волноводно-вибраторным облучателем обратного излучения (четыре полуволновых вибратора возбуждаются открытым концом прямоугольного волновода).

2. Рабочая длина волны -λ=2,5 см

3. Ширина диаграмма направленности антенны в главных плоскостях на уровне половинной мощности в горизонтальной плоскости 2φ̊_P/2=1,5, в вертикальной плоскости 2φ̊_P/2=1,5.

4. Уровень поля на краю зеркала – выбрать.

5. Уровень первого бокового лепестка не более -20 дБ.

6. Поляризация – вертикальная, линейная.

7. Мощность излучения P_∑=40кВт. Антенна работает на прием и передачу.

8. Обзор пространства по азимуту 360, по углу места ±15̊.

II. Содержание проекта.

1. Введение. 2. Структурная схема радиотехнической системы и принципиальная схема антенно-фидерного тракта. 3. Выбор типа линии передачи. 4. Расчет геометрических размеров облучателя и решётки. 5. Расчет диаграммы направленности облучателя в главных плоскостях. 6. Расчет диаграммы направленности решетки в главных плоскостях и КУ. 7. Разработать схему питания решётки. 8.Расчет элементов фидерного тракта. 9. Разработать конструкцию антенны и привести её описание. 10. Спецификация к чертежам. 11. Список литературы. 12. Заключение.

III. Оформление проекта.

1. Проект представляется в виде пояснительной записке с рисунками и расчетными таблицами объёмом 30-40 стр.

2. Чертежи: Общий вид антенного устройства с габаритными размерами -1лист. Деталировка узла -1 лист. Диаграмма направленности антенны – 1лист.

IV. Общие указания.

Пояснительная записка должна быть выполнена на листах формата 210х297 мм черной шариковой ручкой. Используемые расчеты формулы приводятся приводить со ссылкой на литературу в буквенном обозначении с кратким пояснением, а затем с числовыми значениями расчеты кривых давать в таблицах. Рисунок или несколько рисунков приводятся на отдельных страницах. Чертежи должны быть выполнены карандашом.

Выполненные проекты не возвращаются.

V. Рекомендуемая литература.

1.

2.

Руководитель проекта _________________________________________________

Задание принял к исправлению________________________________________

 

Введение

 

Зеркальные антенны являются наиболее широко распространенным типом антенн в дециметровом и особенно в сантиметровом диапазонах волн. Такое широкое применение зеркальных антенн объясняется относительной простотой их конструкции, возможностью получения диаграммы направленности (ДН) почти любого типа из применяемых на практике, высоким КПД, малой шумовой температурой и т.д. Зеркальные антенны легко позволяют получить равносигнальную зону, а некоторые их типы могут применяться для быстрого перемещения (качания) ДН в пространстве без заметных искажений её формы в значительном секторе углов.

Зеркальные антенны являются наиболее распространённым типом антенн, используемых для радиотелескопов и антенн с очень большой направленностью, применяемых для целей космической связи.

Широко используются зеркала с параболической формой поверхности (параболоид вращения, усечённый параболоид вращения, параболический цилиндр), также распространены сферические зеркальные антенны, двух зеркальные антенны.

Рис. 1

Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, поле отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать быть однонаправленным.

Точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в плоскую, т.е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой ДН.

 

Обзор литературы

В структурной схеме радиотехнической системы используется антенный переключатель(АП).

При написании данной курсовой работы были использованы научная и учебно-методическая литература.

Основным источником, раскрывающим теоретические основы принципа действия зеркальной антенны, антенно-фидерного тракта и облучателя является учебник «Устройства СВЧ и антенны», под редакцией Воскресенского Д.И. [Л6]

Методические указания к курсовому проектированию под редакцией Федоровой Л.А [Л3], подробно раскрывают методику расчета курсового проекта, в частности: расчет апертурных антенн, расчет облучателей апертурных антенн. Также использовалась методичка по линзовым антеннам [Л2].

В структурной схеме присутствует антенный переключатель (АП), антенна работает на прием и передачу. Ниже приведен патент на антенный переключатель:

Классы МПК:	H01Q1/00 Элементы конструкции антенн и связанные с ними устройства H01P1/11 посредством ферромагнитных приборов
Автор(ы):	Беляев Виктор Вячеславович (RU), Чубаков Борис Михайлович (RU)
Патентообладатель(и):	Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" (RU)
Приоритеты:	подача заявки: 2010-11-29 публикация патента: 10.06.2012

Изобретение относится к СВЧ-технике и может быть использовано в антенных переключателях для коммутации больших импульсных мощностей (единицы кВт) с высоким быстродействием в широкой полосе частот. Техническим результатом изобретения является обеспечение переключения больших импульсных мощностей с развязкой между каналами «передающее устройство - приемопередающая антенна» и «приемопередающая антенна-приемное устройство» на уровне - 40 дБ.

 

Назначение параболической антенны.

 

Антенной называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относят: системы радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиоуправления, радиорелейной связи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и др. В конструктивном отношении антенна представляет собой провода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики.

Зеркальные антенны являются наиболее распространенным типом направленных антенн в сантиметровом, дециметровом и, отчасти в метровом диапазонах волн. Широкое использование зеркальных антенн объясняется простотой конструкции, возможностью получения почти любого применяемого на практике диаграммы направленности, высоким коэффициентом полезного действия, 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.

Классическими представителями зеркальных антенн являются параболические антенны, которые могут выполняться в виде параболоида вращения, параболического цилиндра или параболического цилиндра, ограниченного параллельными проводящими плоскостями.