Курсовая работа (т): Антенна импульсной РЛС с подавлением отражений от метеоосадков

Предлагаемый гофрированный рупор относится к области антенной техники и может быть использован для приема (излучения) СВЧ колебаний.

Известна рупорная антенна [Патент ФРГ 2930932 кл. H01Q 13/02, 1982 г.].

Рупорная антенна выполнена в виде усеченного конуса, который состоит из трех секций: гладкой секции и двух ребристых секций.

К недостаткам рупорной антенны можно отнести значительные габариты по сравнению с длиной волны и невозможностью получить стабильную, на уровне минус 3 дБ, диаграмму направленности (ДН) шириной около 45° на уровне минус 3 дБ в широком диапазоне частот.

Известен гофрированный рупор [Патент США 3754273 кл. 343-786 H01Q 13/02, 1973 г.]. Конический гофрированный рупор выполнен с дополнительными выемками в глубине канавок вдоль образующих наружных поверхностей волновода и рупора. К недостаткам гофрированного рупора можно отнести конструктивную сложность и меняющуюся ширину ДН в широком диапазоне частот.

Известен гофрированный рупор с малым стабильным коэффициентом стоячей волны [Заявка Великобритании 4645 МКИ H01Q 13/02, 1978 г.]. В антенне экспоненциального вида с гофрированным рупором, глубина углублений в гофрах уменьшается экспоненциально от горла рупора до его раскрыва. Ширина и расстояние между углублениями может также экспоненциально изменяться в том же направлении. Рупор обладает малым коэффициентом стоячей волны и малыми боковыми лепестками ДН.

К недостатком данной антенны можно отнести значительные габариты и недостаточную стабильность ширины ДН в широком диапазоне частот.

Известен широкополосный рупор на круглом волноводе с двумя гребнями [Патент США 4021814 МКИ H01Q 13/02 НКИ 343-786, 1977 г.]. Конический рупор выполнен вместе с круглым волноводом на котором установлены клинья, согласующие волновод с коаксиальным соединителем. На коническом рупоре имеются несколько ребер определенной ширины, между которыми располагаются промежутки определенной ширины. Ширина промежутков превышает ширину ребер и равна 0,3,, где  - длина волны на верхней граничной частоте рабочего диапазона частот и глубина промежутков меньше одной четверти длины волны на нижней граничной частоте рабочего диапазона частот.

К недостаткам рупорной антенны можно отнести значительные габариты по сравнению с длиной волны и невозможностью получить стабильную, на уровне 3 дБ, диаграмму направленности шириной около 45° на уровне минус 3 дБ в широком диапазоне частот.

Технической задачей, на решение которой направлена полезная модель, является построение конструктивно простого малогабаритного широкополосного рупора с осесимметричной диаграммой направленности, низким уровнем боковых лепестков и шириной на уровне минус 3 дБ, равной 45±3° в диапазоне частот с отношением _макс/f_мин2.

Технический результат достигается тем, что в широкополосном гофрированном рупоре, содержащем усеченную коническую секцию, на внутренней поверхности которой, выполнены канавки и круглый волновод, при этом усеченная коническая секция с углом при вершине, равным 120°, диаметром большого основания, равным 2,8_М11Н, где _мин минимальная длина волны рабочего диапазона частот, и диаметром малого основания, равным 1,33_мин, состоит из двух участков, первый из которых имеет три канавки, параллельные оси секции, с периодом равным 0,1_мин, глубина первой канавки, примыкающей к окружности большого основания конической секции, равна 0,28_мин, а глубина второй и третьей канавок, равна 0,22_мин, второй участок расположен от третьей канавки до меньшего основания конической секции, переход с круглого волновода, образованного малым основанием усеченной конической секции на прямоугольный волновод со сторонами а=1,330А,_мин и в=0,436_мин имеет длину, равную 0,77_мин, причем габаритная высота широкополосного гофрированного рупора составляет 1,2_мин.

Существенные признаки, отличающие заявленный широкополосный гофрированный рупор от прототипа не поддаются самостоятельной квалификации, так как неотделимы от целого объекта. Взаимное положение и размеры всех элементов, входящих в рупор, окончательно определены экспериментально и позволяют построить антенну простой конструкции и небольших размеров по сравнению с длиной волны с осесимметричной диаграммой направленности шириной на уровне минус 3 дБ, равной 45±3°, боковыми лепестками ниже 30 дБ и значением КСВН<1,3 в диапазоне частот при f_макс/f_мин2.

На Фиг. приведен чертеж предлагаемого широкополосного гофрированного рупора, на котором изображено:

Широкополосный гофрированный рупор состоит из конической секции 1 и перехода 2 с круглого волноводного выхода конической секции 1 на прямоугольный волновод со сторонами a=1,330_мин и в=0,436_мин. Коническая секция 1 состоит из гладкого второго участка 3 и первого участка, на котором расположены третья 4, вторая 5 и первая 6 канавки. Габариты антенны: диаметр равен 2,8_мин и высота равна 1,2_мин.

Антенна работает следующим образом:

Ребристый первый участок конической секции с 4, 5 и 6 канавками формирует в раскрыве антенны амплитудно-фазовое распределение поля СВЧ, обеспечивающее осесимметричную ДН с низким уровнем боковых лепестков; расфазированный участок антенны - переход 2 с прямоугольного волновода на круглый волновод конической секции 1 корректирует ширину ДН в высокочастотной части рабочего диапазона. Размер гладкого второго участка 3 конической секции 1 выбран из условия широкополосного согласования рупора с питающим волноводом.

Коническая секция 1 и переход 2 формируют частотно-независимую ДН в диапазоне частот с отношением f_макс/f_мин2. В разных участках сантиметрового диапазона волн экспериментально исследован заявляемый широкополосный гофрированный рупор, у которого в диапазоне частот с отношением f_макс/f_мин2 значение КСВН было не более 1,3, боковые лепестки ниже 30 дБ и ширина ДН на уровне минус 3 дБ, равна 45±3°.

Заявляемый широкополосный гофрированный рупор может быть изготовлен на любом среднетехническом предприятии страны из алюминиевых и медных сплавов, которые широко применяются в промышленности.

По сравнению с прототипом предлагаемый широкополосный гофрированный рупор имеет улучшенные технические и экономические показатели:

более простую конструкцию и соответственно более низкую цену;

улучшенные электрические параметры, позволяет получить частотно независимую ширину ДН в широком диапазоне частот при низком уровне боковых лепестков и хорошем согласовании с питающим трактом.

Широкополосный гофрированный рупор, содержащий усеченную коническую секцию, на внутренней поверхности которой выполнены канавки, и круглый волновод, отличающийся тем, что усеченная коническая секция с углом при вершине, равным 120°, диаметром большого основания, равным 2,8_мин, где _мин - минимальная длина волны рабочего диапазона частот, и диаметром малого основания, равным 1,33_мин, состоит из двух участков, первый из которых имеет три канавки, параллельные оси секции, с периодом, равным 0,13_мин, глубина первой канавки, примыкающей к окружности большого основания конической секции, равна 0,28_мин, а глубина второй и третьей канавок равна 0,22_мин, второй участок расположен от третьей канавки до меньшего основания конической секции, переход с круглого волновода, образованного малым основанием усеченной конической секции, на прямоугольный волновод со сторонами a=l,330_мин и в=0,436_мин имеет длину, равную 0,77_мин, причем габаритная высота широкополосного гофрированного рупора составляет 1,2 _мин.

Глава 1. Обоснование структурной и принципиальной схем

.1 Структурная схема радиотехнической системы

Рисунок 1. Структурная схема радиотехнической системы.

1.2 Принципиальная схема антенно-фидерного тракта

Рисунок 2. Принципиальная схема антенно-фидерного тракта.

Схема нарисована с использованием ГОСТ 2.735-68 (условные графические обозначения в схемах. Антенны и радиостанции).

Глава 2. Выбор типа линии передачи

Существует множество видов линий передачи, основные из них прямоугольный волновод, круглый волновод, коаксиальный кабель, полосковая линия.

Выберем прямоугольный волновод и круглый волновод.

Для длины волны, заданной в техническом задании λ=4,5 см, выбираем линии передачи.

Выбор линий передач для нашей антенны остановится на

МЭК-70:

F = 7 Ггц

Внутренний размер axb: 34х15 мм

Толщина стенок = 1,63 мм

lкр Н10 = 7 см

lкр Н20 = 3,5 см

Затухание = 0,07

и

С65:

F = 6,5 Ггц

Fкр (Н11) = 5,4 см

lкр (Н11) = 5,5 см

Fкр (Е01) = 7,05 см

lкр (Е01) = 4,26 см

Fкр (Н21) = 8,96 см

lкр (Н21) = 3,35 см

Диаметр волновода = 32,54 мм

Толщина стенок = 1,65 мм

МЭК-70 обладает более низким коэффициентом затухания волны, по сравнению с другими прямоугольными волноводами. Если же сравнивать с МЭК-32, то значение λ_ср очень отличается от нашей длины волны.

Выбор круглого волновода остановился на С65, потому что волновод имеет относительно небольшой диаметр и толщину стенок.

Глава 3. Расчет геометрических размеров облучателя и зеркала

Рисунок 3. Расчет геометрических размеров облучателя и зеркала

Раскрыв облучателя рассчитывается из соотношения [1, с.14] U =  * sin Y, где k =  - волновое число,  - угол раскрыва.

 = 2.79 см.

Радиальная длинна рупора находится по формуле R =  - 0.15 , где  - рабочая длинна волны.

Расчет апертурных антенн начинают с определения размера раскрыва, необходимого для формирования требуемой диаграммы направленности.

Ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности связана с рабочей длиной волны и размером раскрыва антенны соотношением [1, с.12]:

_P/2 = А⁰ *  ,

где  - ширина ДН по ТЗ, А⁰ - коэффициент, учитывающий закон распределения амплитуды поля на раскрыве.

.8⁰ = 67.267⁰*

D = 168.16 см

Фокусное расстояние параболического зеркала связано с углом раскрыва соотношением [1, с.13]:

f =  * ctg  ,

где f - фокусное расстояние параболического зеркала,  - угол раскрыва.

Угол  для параболических зеркальных антенн выбирают чаще всего в пределах 65…70⁰ (в нашем случае 68⁰).

f = 62.3 см

Рассчитываем профиль зеркала в полярной системе корд. по выражению [1, с.14]:

r =

Результаты расчета представлены в таблице 1, а профиль в пол. сист. корд. на рис. 4.

Таблица 1 Профиль зеркала в полярной системе координат

Рисунок 4. График раскрыва.

Для каждого угла  рассч. соотв. координату на раскрыве [1, с.14]: r = r * sin. Резуьтаты расчета представлены в таблице 2.