МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

АРЗАМАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) НИЖЕГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО

УНИВЕРСИТЕТА им.Р.Е. Алексеева

Факультет ИЭП КП-АПИ НГТУ-210200.65-(АВР 08-1)-5-12 Кафедра КиТРЭС

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по проектированию устройств СВЧ

Тема: Проектирование оптимальной волноводно-щелевой антенны с 11 продольными щелями на широкой стенке

Выполнил:

студентка группы АВР 08-1

Конкина Е.М.

Проверил:

Рязанов А.В.

Арзамас 2012 г.

Содержание

Задание на курсовое проектирование

Введение

1 Техническое задание

2 Анализ ТЗ

3 Выбор размеров волновода

4 Выбор вида волноводно-щелевой антенны

5 Расчет оптимальной диаграммы направленности

6 Расчет конструкции волноводно-щелевой антенны

7 Технология изготовления волноводно-щелевой антенны

8 Выбор типа и расчет соединения волноводно-щелевой антенны с фидером

Литература

Приложения

Арзамасский политехнический институт (филиал)

государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Нижегородский государственный технический университет

кафедра КиТ РЭС

ЗАДАНИЕ № 5

на курсовое проектирование по курсу “Проектирование устройств СВЧ”

Студенту Конкиной Е.М. группы АВР 08-1 ­

Выдано 24.10.12 ­

Защита проекта 19.12.12 ­

Тема проекта: Проектирование волноводно-щелевой антенны с 11 продольными щелями на широкой стенке

1. Рабочий диапазон волн 3,1 см.

2. Требуемая полоса частот 0,1%.

3. Ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 Р

в горизонтальной плоскости 13 град

в вертикальной плоскости ­­­­____ град

4. Мощность на выходе передатчика в импульсе 0,9 кВт

Средняя мощность или мощность в непр. реж. ____ кВт

5. Допустимый уровень боковых лепестков min % по напряженности поля.

6. Тип облучателя: _______от волновода

7. Коэффициент эллиптичности в случае вращающейся поляризации минимальный

8. Длина линии передачи 2,0 м.

9. Минимальная допустимая величина КБВ в линии передачи 0,8.

10. Область применения: в наземной РТС.

11. Исходя из места установки и условий эксплуатации, необходимо обеспечить защиту от внешних воздействий.

Руководитель проекта _____________ Рязанов А.В.

Задание принял к исполнению «24» октября 2012г.

Студент /______________/

Введение

В данном курсовом проекте производится расчет и конструирование оптимальной (по уровню боковых лепестков диаграммы направленности (ДН) при заданной ее ширине на уровне половинной мощности) волноводно-щелевой антенны (ВЩА) с одиннадцатью продольными щелями на широкой стенке прямоугольного волновода.

Основные преимущества ВЩА:

1. Ввиду отсутствия выступающих частей излучающая поверхность ВЩА может быть совмещена с внешними обводами корпуса летательного аппарата, не внося при этом дополнительного аэродинамического сопротивления (бортовая антенна).

2. В таких антеннах могут быть реализованы оптимальные ДН, так как распределение поля в раскрыве может выбираться в широких пределах за счет изменения связи излучателей с волноводом.

3. Щелевая антенна имеет сравнительно простое возбуждающее устройство. Кроме того, она проста в эксплуатации.

1 Техническое задание

Рассчитать и спроектировать оптимальную ВЩА с одиннадцатью продольными щелями на широкой стенке.

Рабочий диапазон волн Требуемая полоса частот Ширина диаграммы направленности на уровне 0,5Р в горизонтальной плоскости Мощность на выходе передатчика в импульсе Уровень боковых лепестков Тип облучения Длина линии передачи Минимальная допустимая величина КБВ в линии передачи	3,1 см 0,1 % 13 град 0,9 кВт минимальный от волновода 2,0 м 0,8
Применяется в наземной (корабельной) РТС. Исходя и места установки радиосистемы и условий эксплуатации, необходимо обеспечить защиту от внешних воздействий.

2 Анализ тз

Анализируя данные технического задания, можно сделать некоторые выводы о принципах построения и методах реализации конструкции волноводно-щелевой антенны, которую необходимо спроектировать.

1. Проектируемая волноводно-щелевая антенна является узкополосной, следовательно, вид антенны, наиболее предпочтительный для расчета в данном случае – резонансная волноводно-щелевая антенна с резонансными щелями.

2. Антенна должна быть с оптимальной ДН, а это указывает на необходимость применения дельф-чебышевских методов расчета ДН.

3. Поскольку антенна применяется в наземной РТС и устанавливается на вращающейся платформе, в которой отсутствует герметизация, необходимо обеспечить специальные меры по защите антенны от внешних неблагоприятных климатических воздействий.

3 Выбор размеров волновода

По условиям ТЗ волновод должен быть прямоугольным. Энергия передается на волне низшего типа . Условия одноволнового режима для прямоугольного волновода:

, или

, или

Решаем первое неравенство относительно :

(3.1)

Исходя из критериев обеспечения малых потерь в волноводе, большой пропускаемой мощности в требуемой полосе частот и, одновременно, хороших массогабаритных показателей, выбираем размер широкой стенки ближе к середине интервала:

Из приложения учебного пособия [1] выбираем прямоугольный волновод из ТУ и сортамента ЦМТУ 4843-57 с размерами внутреннего сечения 28,5х12,6 мм.

Рисунок 1 – Эскиз поперечного сечения волновода

Характеристики волновода:

28,5, 12,6, допустимые отклонения размеров и : ;

=;

Материал волновода – латунь Л62-М, ее удельный вес ;

;

.

Рабочий диапазон частот ВЩА:

.

Для данного волновода найдем:

;

.

Для неравенство (3.1) выполняется:

.

Для волновода должно выполняться условие:

, (3.2)

где - допустимая рабочая мощность, которая рассчитывается с учетом рассогласования в тракте, климатических факторов и наличия неоднородностей.

,

где - предельная рабочая мощность.

Для волны типа в прямоугольном волноводе предельная (пробивная) мощность определяется выражением [2]:

.

Здесь предполагается, что размеры , и выражены в сантиметрах, а пробивная мощность – в киловаттах, а также, что пробивная напряженность электрического поля при нормальных атмосферном давлении и ионизации сухого воздуха составляет в диапазоне сантиметровых волн величину, равную . КБВ – коэффициент бегущей волны, минимальная величина которого по ТЗ составляет 0,8.

,

.

Для неравенство (3.2) выполняется:

.

Определим длину волны в волноводе:

.

Отсюда , а замедление .

Рассчитаем величину затухания в питающем волноводе с учетом того, что его внутренняя поверхность покрыта слоем серебра для улучшения электропроводности.

Сначала найдем постоянную затухания для волны в прямоугольном волноводе:

,

где ; - удельная электропроводность серебра.

Величина затухания А в питающем волноводе длинной :

.

Чтобы обеспечить требуемую мощность излучения антенны,

необходимо, чтобы мощность на входе питающего волновода была равна

.

Мощность также меньше :

.