Курсовой проект - Разработка и проектирование спирального антенного устройства - файл n1.doc

приобрести
Курсовой проект - Разработка и проектирование спирального антенного устройства
скачать (297 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc977kb.17.02.2009 18:19скачать

n1.doc

  1   2   3   4


Федеральное агентство по образованию РФ

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева


Кафедра «Радиотехники»
Курсовой проект

по дисциплине «Устройства СВЧ и антенны»
Тема: «Разработка и проектирование антенного устройства»
Выполнил студент гр. № 1

Иванов И.И..

Проверил преподаватель:

профессор, д.т.н. Петров П.П.

Самара 2008г.
Задание на курсовой проект №407

по курсу

Антенны и устройства СВЧ

Студенту Иванову И.И. гр. № 1


Спроектировать антенное устройство, обеспечивающее поочерёдное подключение антенны к передатчику и к приёмнику. В режиме передачи устройство должно обеспечить ответвление части мощности от генератора

Технические требования


  1. Номер задания – 407;

  2. Диапазон частот принимаемого и излучаемого сигналов 4,3…4,7 ГГц;

  3. Минимальное переходное ослабление направленного ответвителя — 12дБ;

  4. Неравномерность частотной характеристики переходного ослабления (максимальное значение) — 3,0 дБ;

  5. Средняя мощность передатчика – 15,0 Вт;

  6. Наибольшее значение импульсной мощности (отсутствует);

  7. Максимальное ослабление сигнала в антенном переключателе в режиме пропускания — 3,5 дБ;

  8. Минимальное ослабление сигнала в антенном переключателе в режиме запирания 40 дБ;

  9. Максимальная ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости — 55°;

  10. Максимальная ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости — 55°;

  11. Поляризация сигнала – круговая;

  12. Тип линии передачи тракта – МПЛ.



1 Максимальный уровень боковых лепестков антенны — не более 10дБ;

2 Время коммутации антенного переключателя — не более 1мс;

3 Волновое сопротивление тракта — 50Ом;

4 Условия работы — бортовая аппаратура;

5 Диапазон рабочих температур -60ºС ….+60ºС.

Реферат
Курсовой проект.

Пояснительная записка 36 с., 17 рис., 2 табл., 5 источников

АНТЕННА, ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ, АНТЕННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ, НАПРАВЛЕННЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ, ЧАСТОТНАЯ СЕЛЕКЦИЯ

Разработано антенное устройство на основании выданного технического задания. Устройство обеспечивает поочерёдное подключение антенны к передатчику и к приёмнику. В режиме передачи оно должно обеспечивать ответвление части мощности от генератора.

Перечень условных обозначений и сокращений
ДН — диаграмма направленности;

КПД — коэффициент полезного действия;

НПЛ — несимметричная полосковая линия;

СВЧ — сверх высокие частоты;

ЭВМ — электронно-вычислительная машина;

ЧХ — частотная характеристика


Содержание

Стр.

Введение 6

1 Разработка антенны 7
1.1 Анализ технического задания и обоснование выбора антенны 7

1.2 Расчёт поля излучения спиральной антенны 9

1.3 Приближённый расчёт спиральной антенны 11

1.4 Расчёт ДН спиральной антенны 14

1.5 Расчёт согласующего четвертьволнового трансформатора 15
2 Проектирование СВЧ устройства 17
2.1 Проектирование антенного переключателя 17

2.1.1 Выбор типа диода 17

2.1.2 Расчёт основных параметров диодного выключателя 19

2.1.3 Расчёт диодного выключателя 21

2.1.4 Конструкторское выполнение антенного переключателя 25
2.2 Расчёт частотных характеристик и настройка

антенного переключателя на ЭВМ 26
3 Расчёт направленного ответвителя мощности 30

3.1 Выбор типа направленного ответвителя 30

3.2 Расчёт направленного ответвителя с электромагнитной связью 32

Заключение 35

Список использованных литературных источников 36
Введение
Неотъемлемыми составными частями современных радиотехнических средств являются антенные системы и обслуживающие их тракты СВЧ.

Основной целью изучения дисциплины “Антенны и устройства СВЧ” является усвоение теоретических понятий, расчётных методов и принципов конструирования современных антенных систем и трактов их питания, включая подготовку к пользованию существующими и разрабатываемыми системами автоматизированного проектирования.

Совершенствование и развитие антенн и устройств СВЧ в настоящий период оказались тесно связанными со следующими ключевыми событиями: выходом человека в космическое пространство, немыслимым без соответствующего радиотехнического обеспечения; бурным прогрессом вычислительной техники на основе достижений интегральной технологии; быстрым освоением области миллиметровых волн и волн оптического диапазона; созданием технологии полосковых, микрополосковых и волоконно-оптических линий передачи, что привело к миниатюризации и улучшению качественных показателей трактов СВЧ и соответствующих антенн.

Широкое распространение получила реализация фазированных антенных решёток с быстрым электрическим сканированием луча, создание развёртываемых в космосе остронаправленных зеркальных антенн и решёток, предназначенных для глобальных систем радиосвязи и радиовещания и для систем исследования природных ресурсов Земли.

В данной работе разработано и спроектировано антенное устройство, обеспечивающее поочерёдное подключение антенны к передатчику и к приёмнику. В режиме передачи оно обеспечивает ответвление части мощности от генератора.

1 Разработка антенны

1.1 Анализ технического задания и обоснование выбора антенны
Антенны относятся к пассивным компонентам радиосистем, и в конструктивном отношении они представляют сочетание проводников и магнитодиэлектриков. Наряду с выполнением основных функций излучения и приёма радиоволн современные антенны выполняют важнейшие функции пространственной фильтрации радиоканалов, обеспечивая пеленгацию источников радиоизлучения и радиолокационных целей.

Качество функционирования антенн описывается рядом радиотехнических, конструктивных, эксплуатационных и экономических характеристик и параметров. Конструктивное выполнение антенн и достижимые значения параметров существенно зависят от диапазона применяемых радиоволн. Различают антенны длинных и средних волн, коротковолновые антенны, антенны УКВ, диапазона СВЧ, антенны оптических волн.

Классификацию антенн обычно проводят по способу формирования излучаемого поля, выделяя следующие четыре класса антенн:

1 Излучатели небольших размеров (l≤λ) для диапазона частот 10кГц — 1ГГц.

2 Антенны бегущей волны размерами от λ до 10∙λ и более для диапазона частот 3МГц — 10ГГц.

3 Антенные решётки размерами от λ до 100∙λ и более для частот 3МГц — 30ГГц

4 Апертурные антенны размерами от λ до 1000∙λ для диапазона частот 100МГц — 100ГГц и выше.
Заданная антенна должна создавать поле с круговой поляризацией в диапазоне частот 4,3 ГГц — 4,7 ГГц с максимальной шириной диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях 55° и уровнем боковых лепестков не более 10дБ.
В частотном отношении подходят все классы антенн, кроме излучателей небольших размеров, но поле с круговой поляризацией излучения обеспечивают лишь немногие из перечисленных выше классов антенн (например, антенны бегущей волны). К антеннам бегущей волны относятся спиральные, диэлектрические, директорные, импедансные антенны, а также антенны “вытекающей волны”. Эти антенны реализуют режим осевого излучения и выполняются на основе замедляющих систем, способных поддерживать поверхностные волны. Возбуждение антенны бегущей волны осуществляется с одного конца, а режим бегущей волны обеспечивается надлежащим выбором параметров замедляющей системы и очень редко — применением согласующих нагрузок на противоположном конце. Возбуждение само распространяется вдоль излучающей системы от одного конца к другому, и поэтому такие антенны часто называют также антеннами последовательного питания. Уникальным свойством этих антенн являются малые размеры поперечного сечения излучающей системы. Это позволяет размещать невыступающие антенны бегущей волны на гладкой поверхности корпусов летающих объектов.

На частотах 300МГц и выше широкое применение находят цилиндрические спиральные антенны (рисунок 1), излучающие поле с круговой поляризацией в направлении оси.


Рисунок 1 — Профиль спиральной цилиндрической антенны
Антенна состоит из проволочной спирали 1 длинной несколько λ при диаметре витка, примерно равным λ/π. Один конец спирали остаётся свободным, а другой соединён с внутренним проводником коаксиальной линии 3. Внешний проводник коаксиальной линии присоединяется к металлическому экрану 2. Цилиндрическая спираль, показанная на рисунке 1, может быть охарактеризована следующими размерами: длинной витка L, шагом S, длинной l (l = n∙S, где n — число витков) и диаметром D. Направленные свойства антенны зависят от соотношения между её размерами и длинной волны.

1. Когда длина волны существенно превосходит диаметр витков спирали (λ > 6D), каждый виток можно приближённо принять за плоскую элементарную рамку. При этом антенну можно рассматривать как совокупность плоских рамок и электрических диполей, оси которых параллельны оси спирали. Диаграмма направленности такой антенны в плоскости, совпадающей с осью спирали, имеет вид восьмёрки, а в плоскости, перпендикулярной оси спирали, представляет собой окружность. Ввиду того, что сопротивление излучения оказывается малым и к.п.д. получается низким, спиральные антенны малых размеров, как правило, на практике не используются.

2. Когда длина волны становится примерно равной длине витка (l ≈ L), картина распространения волны вдоль провода спирали качественно меняется. Фазовая скорость распространения волны vф, ранее примерно равная скости света с, резко падает до значения примерно (0,7 — 0.8)с, а при дальнейшем укорочении волны плавно растёт, снова приближаясь к скорости света. При достаточно большой длине антенны в проводе спирали возникает режим, близкий к режиму бегущих волн. Если при этом шаг спирали лежит в пределах от 0,15 до 0,3λ, то максимум ДН оказывается ориентированным вдоль оси спирали, поле в направлении оси спирали обладает поляризацией близкой к круговой, а в других направлениях поляризация поля получается эллиптической. Входноё сопротивление антенны оказывается достаточно большим (примерно 150Ом) и почти чисто активным. Такой режим работы называется режимом осевого излучения и именно он будет рассмотрен в данном курсовом проекте.

3. При дальнейшем укорочении волны (λ < 2D), излучение вдоль оси спирали падает, но возникают два максимума под острыми углами к оси спирали.
  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации