Проектирование стержневой диэлектрической антенны - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Расчет размеров диэлектрического стержня. Выбор подводящего коаксиального кабеля. Расчет размеров волновода и возбудителя, характеристики антенны. Результаты моделирования: общий вид проектируемого устройства, диаграмма направленности, согласование.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Спроектировать стержневую диэлектрическую антенну со следующими параметрами:
В диапазоне СВЧ широко применяются антенны, возбуждаемые поверхностными волнами. Достоинством антенн поверхностных волн (АПВ) является их диапазонность, простота конструкции, небольшие размеры.
Хорошие аэродинамические качества АПВ позволяют использовать их в качестве маловыступающих антенн для подвижных объектов. АПВ состоит из двух частей: возбудителя электромагнитных волн (ЭМВ) и излучающей поверхности. Излучающая часть антенны представляет замедляющую структуру, что способствует увеличению направленности излучения по сравнению с первичным полем возбудителя. В зависимости от типа направляющей поверхности различают плоские, стержневые и дисковые АПВ.
Наибольшее распространение получили стержневые АПВ из диэлектрика, а также в виде металлических стержней с диэлектрической оболочкой.
Диэлектрические стержневые антенны относятся к антеннам бегущей волны с замедленной фазовой скоростью (хф < с). Они применяются на границе сантиметрового и дециметрового диапазонов волн в полосе частот от 2 до 10 ГГц.
Hа рис. 1 приведена наиболее типичная схема диэлектрической стержневой антенны. Она представляет собой диэлектрический стержень, возбуждаемый круглым волноводом с возбудителем и питающим фидером. В зависимости от требований, предъявляемых к антенне, поперечное сечение стержня, возбудитель и его питание могут изменяться. Наиболее часто используются цилиндрические и конические стержни.
Экспериментальные исследования показывают, что конические стержни позволяют получить большее ослабление боковых лепестков диаграммы направленности, чем цилиндрические стержни. Однако длина конических стержней при одинаковой ширине диаграммы направленности больше, чем длина цилиндрических.
Рис 1. Диэлектрическая антенна с коническим стержнем
Диэлектрический стержень антенны можно рассматривать как отрезок диэлектрического волновода. Из теории диэлектрических волноводов известно, что в них могут распространяться как симметричные, так и несимметричные волны. Волны симметричного типа, как правило, не используются в диэлектрических стержневых антеннах, так как вследствие осевой симметрии они не излучают мощность вдоль оси стержня. Основной волной, используемой с этой целью, является несимметричная волна типа HЕ11, по своей структуре схожая с основной волной круглого волновода H11. Отличие лишь в том, что поле HЕ11 существует и во внешнем пространстве.
С помощью одного стержня удается формировать диаграммы направленности шириной 2и?0,5 > 20°..25°. Для получения более узких диаграмм направленности используются решетки, в которых диэлектрические стержневые антенны являются отдельными излучателями. С учетом направленных свойств излучателей, взаимосвязь между ними и влияние решений на входное сопротивление слабее, чем в решетках, состоящих из вибраторов и щелей, что облегчает настройку и управление решеткой.
Скорость распространения волны вдоль диэлектрического стержня мало зависит от длины волны. Поэтому диэлектрические стержневые антенны широкополосные и их полоса пропускания ограничивается, в основном, диапазонными свойствами возбуждающего устройства. При широкополосном возбудителе она может достигать 40-50%.
Преимуществом диэлектрических антенн является простота конструкции и малые поперечные размеры. Как и у всех антенн типа бегущей волны с замедленной фазовой скоростью, их особенностью является то, что сужение диаграммы направленности происходит за счет увеличения не поперечных размеров антенны, а продольных размеров при малом поперечном. Эта особенность определяет их применение, в частности, в авиационных радиоустройствах.
Недостатком диэлектрических стержневых антенн является сравнительно малая пропускаемая мощность и малая направленность излучения.
Расчет характеристик диэлектрической стержневой антенны основан на следующих предположениях, типичных для расчета антенн бегущей волны:
1. Распределение поля в цилиндрическом стержне совпадает с распределением поля в неограниченном диэлектрическом волноводе того же диаметра.
2. Волна, распространяющаяся вдоль цилиндрического стержня, является волной с замедленной фазовой скоростью, которая не изменяется по длине стержня.
3. Фазовая скорость распространения волны вдоль конического стержня остается постоянной и совпадает с фазовой скоростью волны в эквивалентном цилиндрическом стержне среднего диаметра.
4. Волной, отраженной от конца стержня, пренебрегают.
Перечисленные предположения упрощают картину явлений, происходящих в диэлектрических стержневых антеннах, и позволяют определить распределение поля в диэлектрическом стержне. В действительности, отражения, возникающие при распространении волны в стержне, искажают это распределение. Однако эти искажения при правильном выборе размеров стержня невелики.
1.1 Расчет размеров диэлектрического стержня
В качестве материала диэлектрического стержня выберем полистирол. Его относительная диэлектрическая проницаемость в среднем равна 2,5.
Форму стержня выберем конической. Расчет диэлектрической антенны с коническим стержнем ничем не отличается от расчета антенны с цилиндрическим стержнем. В качестве диаметра стержня выбирается средний диаметр конуса.
На рис. 2 приведены основные размеры, необходимые при расчете антенны.
По отношению среднего диаметра стержня к рабочей длине волны и диэлектрической проницаемости материала стержня находим относительную фазовую скорость волны в диэлектрическом стержне из рис. 3: г ~ 0,9.
Рис. 3. Зависимость относительной фазовой скорости от относительного диаметра стержня для несимметричной волны
При выборе длины стержня учитываются следующие соображения. Из теории антенн бегущей волны известно, что максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной
1.2 Выбор подводящего коаксиального кабеля
Волновое сопротивление коаксиального кабеля определяется диаметрами внешнего и внутреннего проводников, а также диэлектрической проницаемостью заполняющего материала.
Выберем тип питающей линии коаксиальной, с волновым сопротивлением 50 Ом.
Таким сопротивлением будет обладать кабель со следующими параметрами:
В качестве заполняющего диэлектрика выбираем полистирол.
1.3 Расчет размеров волновода и возбудителя
Волновод выбирается таким образом, чтобы в нем было возможно возбуждение волны H11 на рабочей частоте. Также важно, чтобы диаметр волновода был запредельным для волн высших типов, так как на их возбуждение расходуется энергия источника.
Основываясь на изложенных соображениях, был выбран круглый волновод с внутренним диаметром 8 см.
Следовательно, в волноводе будет возбуждаться только основная волна H11, а для ближайшего высшего типа E10 размер волновода запределен (рис 4 и 5).
Длина волновода L1 (см. рис. 2) от вибратора до раскрыва круглого волновода выбирается так, чтобы высшие типы волн не искажали распределение поля основной волны в раскрыве волновода. Рассчитаем ослабление амплитуд нmn , ближайших к основной волне высших типов волн.
Величины ослабления vmn (см. рис. 6 и 7) должны быть больше 40 дБ.
Эффективность возбуждения антенны характеризуется отношением величины мощности, переносимой волной НЕ11 в стержне к полной мощности, подводимой к антенне. Эффективность возбуждения во многом зависит от выбора типа возбудителя. Исследования показывают, что наиболее эффективными возбудителями волны НЕ11 в диэлектрическом стержне являются штыревой вибратор и линейная щель, прорезанная в торцевой стенке круглого волновода. Для щели характерна зависимость эффективности возбуждения от замедления волны в стержне. Этого недостатка лишен штыревой вибратор, который обеспечивает более устойчивое возбуждение.
При длине волны л > 8 см распространение получила схема возбуждения (рис. 2), при которой штыревой вибратор возбуждения возбуждает диэлектрический стержень, заполняющий круглый волновод. Вибратор является продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии, питающей антенну. Размеры и положение вибратора в круглом волноводе выбираются так, чтобы отражения, вызываемые его входным сопротивлением Zвх в питающей коаксиальной линии в рабочем диапазоне частот, были достаточно малыми. Это обеспечивает минимальные потери в коаксиальной линии, увеличивает ее электрическую прочность и облегчает согласование антенны с генератором или приемником.
Согласование Zвх с питающей коаксиальной линией осуществляется изменением длины вибратора L0 при Z1 = лH11/4. Изменение положения вибратора в круглом волноводе нерационально, так как ведет к значительному искажению поля основной волны и появлению интенсивных волн высших типов, ухудшающих диапазонные свойства волноводно-коаксиального перехода. Поэтому для компенсации реактивной составляющей входного сопротивления Xвх в коаксиальной линии используются согласующие элементы в виде шайб, четвертьволновых трансформаторов или шлейфов с подвижными замыкателями.
В соответствии с изложенными рекомендациями выбираем расположение штыря:
антенна диэлектрический стержень кабель
Зная длину стержня возможно вычислить значения коэффициента направленного действия (КНД) и усиления антенны.
Эта формула характерна для КНД антенны бегущей волны с равномерным непрерывным распределением элементарных диполей по оси антенны, которая является приближенной моделью диэлектрической стержневой антенны.
Для проектирования антенны воспользуемся системой автоматизированного проектирования (САПР) сверхвысоких частот CST Mcirowave Studio.
Программный пакет CST Microwave Studio - представляет собой обобщённый результат многолетних исследований и разработок в области эффективного и строгого численного моделирования трёхмерных электродинамических структур. Это инструмент для быстрого и точного моделирования сверхвысокочастотных устройств, а также анализа проблем целостности сигналов и электромагнитной совместимости во временной и частотной областях с использованием прямоугольной или тетраэдральной сеток разбиения.
Ниже представлены результаты моделирования рассчитанной выше антенны.
В рамках курсового проектирования разработана и спроектирована стержневая диэлектрическая антенна с заданными параметрами. Рассчитаны ее характеристики; выполнена оптимизация (не до конца) с целью улучшения согласования и уменьшения размеров.
В процессе работы изучено много информации о методах проектирования антенн, пройдены основные этапы проектирования (за исключением реализации в железе), получены навыки моделирования, расчета и оптимизации в САПР CTS Microwave Studio.
С первого взгляда может показаться, что размер антенны очень велик. Но, учитывая заданную рабочую частоту, такие размеры оправданны. Вообще, как было сказано выше, стержневые диэлектрические антенны применяются в диапазоне от 2 до 10 ГГц. Центральная частота для спроектированной антенны 2,45 ГГц, что очень близко к нижней границе диапазона. Естественно, эффективность такой антенны невелика.
Также необходимо отметить, что основное время разработки ушло отнюдь не на априорные расчеты или моделирование антенны, а на оптимизацию. Первоначально спроектированная по расчетам антенна уже обладала неплохими характеристиками. Однако, подгонка параметров антенны до оптимальных (КУ, КСВ) оказалась очень времязатратной.
1. Лобкова Л.М. «Проектирование антенн и устройств СВЧ», Севастополь «СевНТУ», 2002г.
2. Соцков В.А. «Разработка диэлектрических стержневых антенн», Нальчик «Кабардино-Балкарский государственный университет» 2003 г.
3. Сазонов Д.М. «Антенны и устройства СВЧ», Москва «Высшая школа» 1988 г.
4. Соловьянова И.П., Шабунин С.Н. «Волноводы и объемные резонаторы», Екатеринбург «УГТУ» 1999 г.
Преимущество диэлектрических антенн, простота конструкции и малые поперечные размеры. Определение диаметра стержня. Расчет коэффициента замедления. Диаграмма направленности конической диэлектрической стержневой антенны в декартовой системе координат. контрольная работа [1,4 M], добавлен 16.08.2015
Особенности проектирования диэлектрических стержневых антенн. Построение диаграммы направленности антенны, расчет ее геометрических размеров. Разработка конструкции и выбор материала возбуждающего устройства. Достоинства и недостатки излучающей части. курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.12.2014
Определение элементов конструкции антенны. Выбор геометрических размеров рупорной антенны. Определение типа возбуждающего устройства, расчет его размеров. Размеры раскрыва пирамидального рупора. Расчет диаграммы направленности и фидерного тракта антенны. курсовая работа [811,9 K], добавлен 30.07.2016
Расчет и конструирование оптимальной волноводно-щелевой антенны с одиннадцатью продольными щелями на широкой стенке прямоугольного волновода. Выбор размеров волновода. Расчет оптимальной диаграммы направленности. Эквивалентная нормированная проводимость. курсовая работа [161,4 K], добавлен 07.01.2013
Щелевые волноводные антенны, выполненные на основе прямоугольного, круглого, змейкового, спирального и других типов волноводов. Выбор размеров волновода. Расчет антенной решетки: длина антенны и проводимость одной щели, диаграмма направленности. курсовая работа [1,3 M], добавлен 11.01.2008
Расчёт размеров зеркала, фокусного расстояний, угловых размеров. Конструктивный расчет однозеркальной антенны с линейной поляризацией. Расчет рупорного облучателя, геометрических размеров параболоида вращения и диаграммы направленности антенны. курсовая работа [461,6 K], добавлен 26.11.2014
Геометрический расчет основных размеров облучателя. Определение геометрических размеров параболического зеркала. Расчет ДН облучателя, поля в апертуре и ДН зеркала, конструкции антенны. Выбор фидерного тракта. Расчет диаграммы направленности антенны. курсовая работа [1,9 M], добавлен 27.12.2011
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Проектирование стержневой диэлектрической антенны курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Реферат по теме Тарифное регулирование внешнеэкономических отношений
Доклад: Firehouse
Контрольная Работа По Географии 2022 Ответы
Курсовая работа по теме Политика валютных интервенций Банка России
Отчет По Ландшафтной Практике
Курсовая Работа Детали Машин Привод К Мешалке
Курсовая Работа На Тему Горох Посевной В Хозяйстве И Пути Повышения Его Урожайности
Отчет по практике по теме Анализ химических показателей качества жиров
Диссертация Утилизация Отходов Нефтешламов
Правила Писания Сочинения
Контрольная Работа Модуль 6
Эссе Петр 1 В Голландии
Обморок Первая Помощь Реферат
Написать Курсовую Работу На Заказ В Москве
Реферат: Вивчення прямолінійного рівноприскореного руху
Настоящая Любовь Сочинение Огэ Оля
Доклад по теме Стругацкие
Курсовая работа: Профессиональный выбор студентов ВУЗов
Короткий Реферат На Тему
Курсовая Работа На Тему Акционерные Общества Как Юридическое Лицо
Розповідь про Португалію - География и экономическая география доклад
Анализ речевой культуры учащихся - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Налагодження пристроїв релейного захисту та автоматики - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курс лекций