МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КАФЕДРА 406

Курсовой проект

по теме:

«Рупорная антенна

с корректирующей металлопластинчатой линзой»

Задание №10/14.

Выполнил: Ханбеков Х.Н.

Проверил: Овчинникова Е.В.

Москва 2014 г.

Содержание:

Стр.

Введение. 3

1. Исходные данные. 5

2. Анализ технического задания. 5

2. Расчет параметров антенны. 6

3.1. Выбор размеров волновода. 6

3.2. Расчет основных характеристик волновода. 7

3.3. Расчет параметров излучателя. 9

4. Расчет вращающихся сочленений. 14

Выводы. 15

Список используемой литературы. 15

Введение.

Рупорные антенны являются простейшими антеннами СВЧ диапазона. Они могут применяться как самостоятельно, так и в качестве элементов более сложных антенн.

Рупорная антенна представляет собой участок волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединенным к узкому концу рупора. Все это делается для получения более острой диаграммы направленности. При этом структура поля в волноводе в основном сохранится.

а) б)

Рисунок 1 – Рупорная антенна

а) – фотография, б) принцип устройства (1 — рупор; 2 — питающий радиоволновод. Направление максимального излучения показано стрелкой.

Рупорные антенны широкополосные и весьма хорошо согласуются с питающей линией — фактически, полоса антенны определяется свойствами возбуждающего волновода. Для этих антенн характерен малый уровень задних лепестков диаграммы направленности (до -40 dB) из-за того, что мало затекание ВЧ-токов на теневую сторону рупора. Рупорные антенны с небольшим усилением просты конструктивно, но достижение большого (>25 dB) усиления требуют применения выравнивающих фазу волны устройств (линз или зеркал) в раскрыве рупора. Без подобных устройств антенну приходится делать непрактично длинной.

Большой эффект дает использование линз в качестве вставок в рупоры. В настоящее время применяют замедляющие линзы из искусственного диэлектрика и ускоряющие металлопластинчатые линзы (рисунок 2).

а) фотография

б) конструкция

Рисунок 2 Рупорная антенна с металлопластинчатой линзой.

Металлопластинчатая линза используется для коррекции фазовых искажений в раскрыве рупора, конструктивно она состоит из параллельных металлических пластин, расположенных на расстоянии друг от друга.

Основное достоинство рупорных антенн с металлопластинчатой линзой состоит в возможности получения очень острых диаграмм направленности шириной лишь в несколько угловых минут, а также в большом коэффициенте усиления.

Рупорные антенны используются в радиорелейных линиях, в радиоизмерительной аппаратуре и как облучатели зеркальных антенн. Рупорные антенны применяется в самолетном радиовысотомере. Рупорные антенны с металлопластинчатыми линзами часто используются в связных каналах, радиорелейных линиях в диапазоне СВЧ.

1. Исходные данные.

Рабочий диапазон волн: λ = 4 см

Требуемая полоса частот ±5%

Ширина диаграммы направленности по уровню 0.707 поля

в горизонтальной плоскости 12^о в вертикальной плоскости 0^о

Мощность на выходе передатчика в импульсе: P = 40 кВт

Допустимый уровень боковых лепестков – 0 дБ

Сектор электрического (механического) сканирования луча:

в горизонтальной плоскости ± 90^о Длина линии передачи 3 м

Минимально допустимая величина КБВ в линии передачи 0,65

2. Анализ задания.

Согласно ТЗ, требуется провести расчет рупорной антенны с металлопластинчатой линзой.

Требуется обеспечить угол сканирования в горизонтальной плоскости 90⁰. Заданная рабочая длина волны 4 см и требуемая полоса частот +12% позволяет использовать в качестве облучателя рупор.

Заданная выходная мощность передатчика 40 кВт и заданный частотный диапазон предполагают использование в качестве линии передачи волновод.

Металлопластинчатая линза является ускоряющей. В ускоряющих линзах выравнивание фазового фронта волны проис­ходит за счет того, что участки волновой поверхности часть своего пути прохо­дят в линзе с повышенной фазовой скоростью. Эти участки пути различны для разных лучей. Чем сильнее луч отклонен от оси линзы, тем больший участок пути он проходит с повышенной фазовой скоростью внутри линзы. Таким обра­зом, профиль ускоряющей линзы должен быть вогнутым по отношению к фрон­ту падающей волны. Выходной раскрыв линзы, как правило, делается плоским.

Если расширение прямоугольного волновода происходит только в одной плоскости, то получаемый таким образом рупор называется секториальным. При расширении волновода в Н – плоскости такой рупор называется Н – плоскостным (Н - секториальным) (рисунок 3). Секториальные рупоры позволяют сузить ДН только в той плоскости, в которой производится увеличение размера волновода. В другой плоскости ДН остается такой же, как у открытого конца волновода в этой плоскости. Таким образом, секториальные рупоры создают ДН веерного типа.

Рисунок 3 – Н-секториальный рупор

Так как требуется сформировать веерообразную ДН, то используют цилиндрическую линзовую антенну, имеющую прямоугольный выходной раскрыв. В этом случае облучатель может быть выполнен в виде линейной системы элементарных синфазных излучателей (щелей, вибраторов), питаемых прямоугольным волноводом. При этом цилиндрическая линза формирует ДН только в одной плоскости, в другой плоскости ДН формирует линейный облучатель. Облучатель обычно располагается так, чтобы его фазовый центр совпадал с фокусом сфе­рической линзы или с фокальной осью цилиндрической линзы.