Учреждение образования

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра антенн и устройств СВЧ

“К защите допускаю”

Руководитель проекта Кирильчук В.Б._______

“____” _______________ 2013г.

Пояснительная записка к курсовому проекту

по теме “ Расчет директорной антенны ”

Студент группы ------

------------

Руководитель проекта

___________ (Подпись)

Минск 2013

Учреждение образования

Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Факультет радиотехники и электроники

ЗАДАНИЕ

по курсовому проектированию

студенту ------------., учебная группа ---------

1.Тема работы: Расчет директорной антенны

2.Срок сдачи студентом законченной работы: 16.12.2013 г.

3.Исходные данные к работе:

3.1.средняя частота рабочего диапазона 867 МГц 3.2.КНД 12 Дб 3.3.Входное сопротивление на средней частоте 50 Ом 3.4.Поляризация: Линейная вертикальная 3.5.КСВ не более 1,3

4.Содержание расчетно-пояснительной записки:

1.Титульный лист

2.Лист задания

3.Содержание

4.Введение

5.Основная часть:

5.1.Обоснование и выбор типа антенны для расчёта, основные свойства, принцип работы

5.2.Численное решение интегрального уравнения

5.3.Предварительный расчет геометрических параметров антенны

5.4. Результаты численного моделирования антенны

6.Заключение

7.Список литературы

8.Перечень графического материала

8.1. Конструктивный чертеж (лист А4)

9.Дата выдачи задания: 23.09.2013 г.

10.Календарный график работы над проектом за весь период проектирования:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание принял к исполнению

Введение

Истоки современной теории и техники антенн восходят к XIX в. Возникновение первых серьёзных представлений об электромагнитном поле принято связывать с известными экспериментами М. Фарадея (1831-1879). Строгую математическую основу электромагнетизма заложил в 1864 г. Д. К. Максвелл (1831-1879) в виде системы универсальных уравнений. Вслед за этим наиболее значительные теоретические и экспериментальные исследования структуры полей элементарного диполя и других простейших излучателей электромагнитных волн были выполнены Г. Герцем (1857-1894), не усмотревшим, однако, практического значения в наблюдаемых им явлениях. И только в 1895 г. нашим великим соотечественником А. С. Поповым (1859-1906) были созданы первые технически оформленные антенны: излучающая (в виде квадратных металлических листов, закреплённых на концах герцевского вибратора) и приёмная (в виде вертикального проводника и системы заземления). Теоретическая трактовка вибраторной антенны как совокупности диполей принадлежит немецкому учёному М. Абрагаму, сформулировавшему в 1900 г. понятие о сопротивлении излучения антенны.

В конце ХIХ в. Дж. Дж. Томпсон (1893) и Рэлеем (1897) были также высказаны соображения о теоретических перспективах передачи электромагнитных волн по металлическим трубам, однако практическая реализация этих идей задержалась почти на 35 лет.

В настоящее время антенны широко используются в радиотехнических системах. Любая радиотехническая установка, предназначенная для излучения и приёма радиоволн, содержит антенну.

Требования, предъявляемые к антенне, различны в зависимости от назначения радиостанции. Так, например, в случае работы радиовещательной станции, обслуживающей определённый район, в центре которого она расположена, передающая антенна, как правило, должна создавать равномерное излучение во все стороны, т. е. должна быть не направленной в горизонтальной плоскости. С другой стороны, антенна, например, радиолокационной станции, должна концентрировать излучение в малом телесном угле, т. е. должна быть остронаправленной. К приёмной антенне часто предъявляют те же требования направленного действия, т. е. требования более эффективного приёма волн, приходящих с определённых направлений.

Антенны можно классифицировать по различным признакам. Так, например, в общем, антенны делятся на две большие группы: передающие и приёмные. Можно также отметить, что на многих радиостанциях, например радиолокационных, одна и та же антенна одновременно как для передачи, так и для приёма. Все антенны делятся по различным критериям:

1. По диапазону частот:

-- сверх длинные волны (l<10км)

-- длинные волны (1км<l<10км)

-- средние волны (100м<l<1км)

-- короткие волны (10м<l<100м)

-- ультра короткие волны (l<10м)

а) метровые волны (1м<l<10м)

б) дециметровые волны (0.1м<l<1м)

в) сантиметровые волны (1см<l<0.1м)

г) миллиметровые волны (1мм<l<1см)

2. По принципу работы и общности свойств:

-- проволочные антенны

-- аппертурные

-- щелевые

-- антенны-решётки

-- полосковые и микро полосковые и др.

3. По общности методов анализа:

-- линейные

-- аппертурные

-- антенны-решётки

Необходимо отметить, что в последнее время наиболее широкое применение получили антенны СВЧ диапазона. В диапазоне СВЧ антенны создают остронаправленное излучение с шириной луча в единицы и доли градусов и имеют коэффициент усиления, достигающий десятков и сотен тысяч. Это позволяет использовать антенну не только для излучения и приёма радиоволн, но и для пеленгации, борьбы с помехами, обеспечения скрытности работы радиосистемы и других целей.

Кроме радиолокации, устройства СВЧ используются в таких отраслях электроники, как телевидение, радиоуправление, радионавигация, радиосвязь, телеметрия, в ускорительных установках. Успешное развитие радиоастрономии и освоение космоса во многом связаны с достижениями техники СВЧ.

Обоснование и выбор типа антенны для расчёта, основные свойства, принцип работы

В данном курсовом проекте выберем директорную антенну.

Для получения более узких ДН применяют директорную антенну, состоящую из активного вибратора, одного рефлектора и нескольких директоров. Директоры располагаются по отношению к активному вибратору в том направлении, в котором происходит концентрация излучения, и поэтому они интенсивно возбуждаются.

Для того чтобы ток рефлектора опережал по фазе ток активного вибратора, длину рефлектора выбирают несколько больше резонансной, ток каждого последующего директора должен отставать по фазе от тока предыдущего излучателя. Поэтому длины директоров выбирают несколько меньше резонансной. Чем больше число директоров и чем они толще, тем меньше их длина.

На практике размеры излучателей и расстояние между ними обычно подбираются экспериментальным путём.

Ширина ДН равноамплитудной системы осевого излучения обратно пропорциональна квадратному корню из отношения L/λ. Увеличение длины директорной антенны, приводит вначале к быстрому, а затем и более медленному сужению её ДН. Это объясняется тем, что в каждом последующем директоре наводиться более слабый ток и этот директор влияет на ДН меньше предыдущего директора. Если требуется получить ширину ДН по половинной мощности менее 15 - 20˚, то применяют синфазную систему из нескольких директорных антенн.

Схема директорной антенны, состоящей из активного вибратора, одного рефлектора и n директоров имеет вид:

Рефлектор и ближайший к активному вибратору директор при правильной их настройке усиливают поток энергии в направлении r₁ и ослабляют поток энергии в направлении r₂. Ослабление потока энергии в направлении r₂ делает целесообразном установку дополнительных пассивных рефлекторов в этом направлении, r₂ делает нецелесообразным установку дополнительных пассивных рефлекторов в этом направлении, так как они возбуждались бы слабо и соответственно слабо влияли бы на ДН. В тоже время усиление потока энергии в направлении r₁ создаёт благоприятные условия для возбуждения директора 2 при надлежащей его настройке. Директор 2 создаёт дополнительное усиление потока энергии в направлении r₁ и тем самым обеспечивает благоприятные условия для возбуждения директора 3 и т. д.

Из выше изложенного видно, что директоры образуют своеобразный волновой канал, отсюда и название антенны.