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.
Аннотация к работе
В диапазоне СВЧ широко применяются антенны, возбуждаемые поверхностными волнами. Излучающая часть антенны представляет замедляющую структуру, что способствует увеличению направленности излучения по сравнению с первичным полем возбудителя. 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 (?ф <с). В зависимости от требований, предъявляемых к антенне, поперечное сечение стержня, возбудитель и его питание могут изменяться.Чтобы обеспечить преобразование большей части энергии в поверхностную волну, стержень у возбудителя делают толстым, а затем плавно уменьшают, чтобы приблизить фазовую скорость ?ф к скорости света. Рекомендуется выполнять стержни диаметром: При МГЦ м, значит: м м Приближенно можно считать, что ширина диаграммы направленности определяется выражением При расчете диаграммы направленности конической диэлектрической антенны используют выражения для расчета диаграммы направленности цилиндрической антенны среднего диаметра, при этом предполагается, что волной в стержне, бегущей с постоянным замедлением вдоль его длины и отражением от конца стержня пренебрегают, тогда выражение для расчета диаграммы направленности получается как у линейной антенны с непрерывным распределением излучающих элементов, в которых распределение токов по длине соответствует закону бегущей волны. Тогда действующая высота штыря может быть найдена из выражения: Возьмем для расчета коаксиальный кабель с внешним проводником из круглых проволок в ПЭ оболочке РК 50-33-17 с максимально допустимой мощностью на частотах 100 МГЦ и 1 ГГЦ 5 КВТ и 0.9 КВТ соответственно.Диэлектрическая стержневая антенна имеет высокий уровень бокового и заднего излучения. Диаграммы направленности таких антенн имеют достаточно широкие главные лепестки, поэтому их относят к классу слабонаправленных антенн. Установка антенны должна производиться согласно паспорта на изделие, а так же различных нормативных документов на антенны, работающие в УКВ диапазоне. Для нормального режима необходимо обеспечить целостность механических частей антенны: жесткость крепления излучателя в волноводе и крепления коаксиального кабеля.Таблица расчета диаграммы направленности в декартовой системе координат град f(?) град f(?) град f(?) град f(?) -180-179-178-177-176-175-174-173-172-171-170-169-168-167-166-165-164-163-162-161-160-159-158-157-156-155-154-153-152-151-150-149-148-147-146-145-144-143-142 0.057 0.057 0.057 0.057 0.057 0.058 0.058 0.059 0.059 0.06 0.061 0.061 0.062 0.063 0.064 0.065 0.066 0.066 0.067 0.068 0.069 0.069 0.07 0.07 0.071 0.071 0.071 0.071 0.07 0.07 0.069 0.068 0.066 0.065 0.062 0.06 0.057 0.054 0.051-141-140-139-138-137-136-135-134-133-132-131-130-129-128-127-126-125-124-123-122-121-120-119-118-117-116-115-114-113-112-111-110-109-108-107-106-105-104-103 0.047 0.042 0.038 0.033 0.027 0.021 0.015 8.996e-3 2.366e-3-4.482e-3-0.012-0.019-0.026-0.033-0.04-0.047-0.054-0.06-0.066-0.072-0.077-0.081-0.085-0.088-0.09-0.091-0.091-0.09-0.088-0.085-0.081-0.076-0.07-0.062-0.054-0.045-0.035-0.024-0.013-102-101-100-99-98-97-96-95-94-93-92-91-90-89-88-87-86-85-84-83-82-81-80-79-78-77-76-75-74-73-72-71-70-69-68-67-66-65-64-6.84e-4 0.012 0.024 0.036 0.049 0.061 0.072 0.083 0.093 0.102 0.11 0.117 0.122 0.126 0.128 0.128 0.127 0.124 0.119 0.112 0.104 0.094 0.082 0.069 0.055 0.039 0.022 5.098e-3-0.013-0.031-0.05-0.068-0.087-0.105-0.122-0.138-0.153-0.167-0.18-63-62-61-60-59-58-57-56-55-54-53-52-51-50-49-48-47-46-45-44-43-42-41-40-39-38-37-36-35-34-33-32-31-30-29-28-27-26-25-0.191-0.2-0.207-0.213-0.216-0.217-0.216-0.213-0.208-0.201-0.192-0.181-0.168-0.153-0.136-0.118-0.098-0.077-0.054-0.031-6.077e-3 0.019 0.045 0.072 0.099 0.126 0.154 0.181 0.209 0.236 0.263 0.289 0.315 0.341 0.366 0.39 0.413 0.436 0.
План
Содержание
Задание на курсовую работу
Введение
1. Расчет параметров и размеров антенны
2. Эксплуатация антенно-фидерного устройства
Список используемой литературы
Приложение 1
Задание на курсовую работу
Вариант 89
Данные для расчета: Диэлектрическая стержневая антенна
Диапазон рабочих частот , МГЦ = 350…500.
Излучаемая мощность , КВТ = 0,90.
Ширина диаграммы направленности = 40…45.
Диэлектрическая проницаемость = 3,1.
Введение
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 (?ф < с). Они применяются на границе сантиметрового и дециметрового диапазонов волн в полосе частот от 2 до 10 ГГЦ.
На рис. 1 приведена наиболее типичная схема диэлектрической стержневой антенны. Она представляет собой диэлектрический стержень 1, возбуждаемый круглым волноводом 2 с возбудителем 3 и питающим фидером 4.
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. Схема диэлектрической стержневой антенны
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 НЕ11, по своей структуре схожая с основной волной круглого металлического волновода H11. Отличие лишь в том, что поле НЕ11 существует и во внешнем пространстве.
С помощью одного стержня удается формировать диаграммы направленности шириной 2?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% от fcp.
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.
Список литературы
1. Сазонов Д.М. «Антенны и устройства СВЧ». - М.: Высшая школа, 1988 г
2. Нечаев Е.Е. Методические указания и задания для выполнения курсовой работы по дисциплине «Антенны и распространения радиоволн» . - М.: МГТУ ГА, 1996г
3. «Антенны и устройства СВЧ». Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радиотехника, 2006г