Антенны и устройства СВЧ

В качестве облучателя могут быть использованы небольшой рупор, открытый конец волновода, вибратор с пассивным рефлектором и т. п. Облучатель обычно

Антенны и устройства СВЧ

Дипломная работа

Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету

Компьютеры, программирование

Сдать работу со 100% гаранией

Федеральное агентство по образования Российской Федерации

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра радиоуправления и связи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Антенны и устройства СВЧ"

 

 

 

Выполнил:

ст. гр. 519

Виноградова М.Е.

Проверил:

Елумеев В. И.

 

 

 

 

 

 

Рязань 2008

СОДЕРЖАНИЕ

 

Задание

Введение

Расчет параметров антенны

Уравнение профиля линзы

Нахождение параметров линзы

Нахождение параметров облучателя

Поле в раскрыве и поле излучения ускоряющей линзы

ДН антенны

Полоса пропускания

Заключение

 

 

ЗАДАНИЕ

 

1.Тип и назначение антенны: металлопластинчатая линзовая антенна.

2.Диапазон волн (рабочая частота): λ=1см.

.Полоса пропускания: оценить.

.Мощность в антенне: 2кВт.

.Коэффициент усиления антенны: 7500.

.Ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 по мощности: в горизонтальной и вертикальной плоскостях одинаковы.

.Поляризация: круговая.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Линзовой антенной называют совокупность электромагнитной линзы и облучателя. Линза представляет собой радиопрозрачное тело с определенной формой поверхности, имеющее коэффициент преломления, отличный от единицы.

Назначение линзы состоит в том, чтобы трансформировать соответствующим образом фронт волны, создаваемый облучателем. Изменяя форму волновой поверхности, линза тем самым формирует некоторую диаграмму направленности.

Принципиально линзовые антенны можно использовать для формирования различных диаграмм направленности. Однако на практике линзовые антенны подобно оптическим линзам применяются, главным образом, для превращения расходящегося пучка лучей в параллельный, т. е. для превращения криволинейной (сферической или цилиндрической) волновой поверхности в плоскую.

Как известно, плоский фронт волны при его достаточной площади обеспечивает острую направленность излучения. С помощью линзовых антенн можно получить диаграмму направленности с углом раствора всего лишь в несколько угловых минут.

Возможно применение линз и для получения диаграмм направленности специальной формы (например, косекансной). Однако использование линз для такой цели является ограниченным.

Всякая линзовая антенна состоит из двух основных частей: облучателя и собственно линзы (рис. 1). Облучателем может быть любой однонаправленный излучатель. Важно, чтобы возможно большая часть энергии излучения попадала на линзу, а не рассеивалась в других направлениях и чтобы у поверхности линзы, обращенной к облучателю, фронт волны был близок к сферическому или цилиндрическому. Выполнение последнего условия позволит рассматривать облучатель либо как точечный, либо как линейный источник электромагнитных волн.

 

Рис. 1. Линзовые антенны:

а - ускоряющая волноводная линза; в - замедляющая диэлектрическая линза; б и г - иллюстрация принципа действия линз.

 

В качестве облучателя могут быть использованы небольшой рупор, открытый конец волновода, вибратор с пассивным рефлектором и т. п. Облучатель обычно располагается так, чтобы его фазовый центр совпадал с фокусом сферической линзы (точка F, рис. 1) или с фокальной осью цилиндрической линзы. Поверхность линзы, обращенная к облучателю, называется освещенной стороной. Противоположная ("теневая") сторона линзы образует ее раскрыв. Прямая FA, проходящая через фокус и центр раскрыва, называется осью линзы. Ось линзы нормальна к поверхности линзы в точках ее пересечения. Точка О пересечения оси линзы с освещенной стороной называется вершиной линзы. Линия ВОС пересечения освещенной стороны линзы продольной осевой плоскостью называется профилем линзы. На рис. 1 продольное сечение линзы заштриховано. Профиль может быть вогнутым (рис. 1, а) и выпуклым (рис. 1, в). Раскрыв линзы, как правило, делается плоским. Форма раскрыва (и линзы в целом) может быть круглой или прямоугольной.

Принцип действия линзы основан на том, что линза представляет собой среду, в которой фазовая скорость распространения электромагнитных волн либо больше скорости света (vф > с), либо меньше ее (vф < с). В соответствии с этим линзы разделяются на ускоряющие (vф > с) и замедляющие (vф < с).

В ускоряющих линзах выравнивание фазового фронта волны (пунктирные линии на pиc. 1, б и г) 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 (рис. 1, а, б).

В замедляющих линзах, наоборот, выравнивание фазового фронта происходит не за счет убыстрения движения периферийных участков волновой поверхности, а за счет замедления движения середины этой поверхности. Следовательно, профиль замедляющей линзы должен быть выпуклым (рис. 1, б, г).

Принцип действия линзы можно рассматривать не только с точки зрения движения волновых поверхностей, но также и с точки зрения преломления лучей.

Поперечные размеры раскрыва линз обычно много больше длины рабочей волны. Вследствие этого к линзе могут быть применены законы геометрической оптики. Учитывая, что отношение скорости света с к фазовой скорости vф есть коэффициент преломления среды

 

, (1)

 

линзу можно рассматривать как радиопрозрачное тело с коэффициентом преломления . У замедляющей линзы , ускоряющая линза имеет . На границе раздела воздух-поверхность линзы лучи будут преломляться. Угол преломления ψ согласно законам геометрической оптики будет связан с углом падения ψ0 (рис. 2) известным равенством . Профиль линзы должен быть выбран таким, чтобы все преломленные лучи были параллельны. Это равносильно условию, чтобы оптическая длина пути от источника (облучателя), расположенного в фокусе линзы, до любой точки раскрыва была одинакова. В этом случае в раскрыве линзы будет плоская волна.

 

Рис. 2. Преобразование расходящегося пучка лучей в параллельный в результате преломления их линзой.

 

Очевидно, что рассмотрение принципа действия линзы как с точки зрения выравнивания волновых поверхностей, так и с точки зрения преломления лучей одинаково приемлемо и приводит к одним и тем же результатам.

 

 

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АНТЕННЫ

 

Выберем круглый раскрыв антенны и для него зададимся законом распределения поля в раскрыве антенны:

 

, (2)

 

где d - диаметр раскрыва антенны.

Для такого распределения поля:

нулевой уровень: μ0=233°

уровень половины мощности: μ0,5=84

уровень первого бокового лепестка: γ=-30 дБ,

к.и.п.: ν=0,56

Рассчитаем размеры раскрыва антенны.

Так как нам задан коэффициент усиления антенны, то размеры раскрыва антенны можно определить из формулы:

 

, (3)

 

где G - коэффициент усиления, S - площадь раскрыва антенны, ν - к.и.п., λ - длина волны, η - КПД.

Так как раскрыв антенны круглый, то

 

(4)

 

Из формул (3) и (4) получим:

 

.(5)

 

Пусть η=1, тогда:

 

d = 0,175 (м) =17,5 (см)

 

Так как профиль линзы нам не задан, но известно, что поле излучения должно быть круговой поляризации, то зададимся выпуклым профилем (замедляющая линза). Рассчитаем уравнение профиля линзы.

 

УРАВНЕНИЕ ПРОФИЛЯ ЛИНЗЫ

 

Введем прямоугольную систему координат хОу с центром в вершинах линз

Условием синфазности поля в раскрыве линз является равенство длины оптического пути для всех лучей, выходящих из фокуса линзы и идущих до ее раскрыва. На основе этого условия выведем формулу, определяющую профиль линзы.

Рассмотрим два луча: 1-й луч - осевой и 2-й луч, идущий под углом φ к оси линзы (рис. 3). Длина оптического пути в однородной среде равна произведению геометрической длины пути на показатель преломления среды. В соответствии с этим длина оптического пути 1-го луча от источника (от фокуса) до оси у равна геометрической длине пути, т. е. фокусному расстоянию f, так как показатель преломления воздуха. Участок пути от оси у до раскрыва учитывать не будем, так как он одинаков для всех лучей.

Длина оптического пути 2-го луча складывается из отрезка ρ, проходимого в воздухе, и отрезка х, проходимого в линзе

 

 

Рис. 3. К выводу профиля ускоряющей линзы.

 

Следовательно, эта длина равна , где n - показатель преломления. Приравнивая длину оптического пути 1-го и 2-го лучей, напишем равенство:

 

,(6)

 

откуда после простейших преобразований получаем уравнение профиля замедляющей линзы:

 

. (7)

 

Уравнение (7) есть уравнение гиперболы, записанное в прямоугольной системе координат. В некоторых случаях удобнее пользоваться полярной системой координат. Приравнивая длины оптических путей для 1-го и 2-го лучей (рис. 3), напишем

 

,

 

Похожие работы

1 2 >