Министерство  Образования Российской Федерации 

Воронежский Государственный Технический Университет 

Факультет вечернего и заочного образования

Кафедра   радиотехник

Курсовой  проект

 по  дисциплине «Антенны и устройства  СВЧ »

Тема: Спроектировать передающую антенну для радиолокационной станции

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Разработал студент  группы РТ – 001-в_____________________А.И.Матыцина  Проверил руководитель проекта    ________________________З.Н.Федорова

                        Оценка          _______________________ 
 
 
 
 
 

                                    Воронеж 2003г.

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание                                                             стр.     
 

Задание                                                                                                                   4

Введение                                                                                                                5 

1.Краткие теоретические сведения              8 

2.Расчет размеров отражателя                                                                              10

3.Выбор типа излучателя. Расчет  основных размеров облучателя                15      4.Расчет диаграмм направленности облучателя в плоскостях Е и Н               19

5.Расчет диаграмм  направленности антенны в плоскостях  Е и Н                   21

6.Неравномерность  коэффициента усиления антенны  в рабочем диапазоне  23 частот

7.Расчет технических  допусков на изготовление антенны                               24                    8.Питание                                                                                                                25

9.Устранение  реакции зеркала на облучатель                                                    26

Заключение                                                                                                             27

Список литературы                                                                                                28

Приложение 1                                                                                                         29

Приложение 2                                                                                                         30                                                                                                         

  Задание

       Спроектировать  передающую антенну для радиолокационной станции, имеющей следующие характеристики:

- вид антенны:                                                 параболический цилиндр;

- рабочая частота:                                                                    f _ср =4,8 ГГц;

- максимальную  дальность действия станции:                     r = 150 км;

- импульсная  мощность на выходе передатчика:                 Р _и = 24 кВт;

- минимально  допустимая мощность сигнала  на 

 входе приемника:                                                                  Р_вх=0,01 пВт;

- эквивалентная  отражающая поверхность объекта:               S _о = 25 м²;

- диапазон  рабочих частот:                                                        2∆f = 20 %;

- поляризация  излучаемого электромагнитного поля:        вертикальная;

- примерное  отношение ширины главных лепестков

  диаграммы  направленности в плоскостях  Е и Н:                              1 : 4;

- длина фидера:                                                                                          7м.     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Введение 

    Антенной  называется радиотехническое устройство, предназначенное для излучения или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относят: системы радиосвязи, радиовещания, телевидения, радиоуправления, радиорелейной связи, радиолокации, радиоастрономии, радионавигации и др. В конструктивном отношении антенна представляет собой провода, металлические поверхности, диэлектрики, магнитодиэлектрики.

    Антенны можно классифицировать по различным  признакам: по диапазонному принципу, по характеру излучающих элементов (антенны с линейными токами, или  вибраторные антенны, антенны излучающие через раскрыв ─ апертурные антенны, антенны поверхностных волн); по виду радиотехнической системы, в которой используется антенна (антенны для радиосвязи, для радиовещания, телевизионные и др.).

    Наиболее  четкой является классификация  по диапазонному принципу. Хотя в различных диапазонах волн очень часто применяют антенны с одинаковыми (по типу) излучающими элементами, однако конструктивное выполнение их различное; значительно отличаются также параметры этих антенн и требования, предъявляемые к ним.

      Наибольшее распространение в настоящее время получили антенны сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, который включает в себя метровые волны ( длина волны от10 м до 1м ), дециметровые волны ( длина волны от1 м до 10 см ), сантиметровые волны ( длина волны от10 см до 1 см ), миллиметровый волны (длина волны между 1 см и 1 мм)  и субмиллиметровые волны (участок диапазона от миллиметровых волн до длинных инфракрасных волн). Связано это, во-первых, с физическими особенностями и  свойствами  этого диапазона. Волны сверхвысокой частоты (СВЧ), особенно на участке между 100 МГц и10 ГГц, почти беспрепятственно проникают сквозь ионизированные слои, окружающие  Землю, а также сквозь атмосферу. Существование широкого окна прозрачности в диапазоне СВЧ дает возможность развития космических исследований, в том числе для обмена информацией между Землей и космическими устройствами. Кроме того, в диапазоне СВЧ можно разместить значительно большее число каналов связи, чем на более низких частотах. Большая информационная емкость СВЧ диапазона позволяет осуществлять многоканальную телефонную и телевизионную связь, в особенности на сантиметровых, миллиметровых и субмиллиметровых волнах.

    Во-вторых, антенны этого диапазона   обладают хорошими характеристиками. Они могут обеспечить остронаправленное излучение с шириной луча  в единицы и доли градусов и коэффициент  усиления, достигающий десятки и сотни тысяч. Эти направленные свойства позволяют использовать антенну не только для излучения и приема радиоволн, но и для пеленгации (в радиолокации, навигации, радиоастрономии), борьбы с помехами, обеспечения скрытности работы и для других целей.

    Зеркальные  антенны являются наиболее распространенным типом направленных антенн в сантиметровом, дециметровом и, отчасти в метровом диапазонах волн. Широкое использование зеркальных антенн объясняется простотой конструкции, возможностью получения почти любого применяемого на практике диаграммы направленности, высоким коэффициентом полезного действия, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование суммарных и разностных диаграмм направленности общим зеркалом. Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном секторе углов. Зеркальные антенны  являются также наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии.

    Классическими представителями зеркальных антенн являются параболические антенны, которые могут выполняться в виде параболоида вращения, параболического цилиндра или параболического цилиндра, ограниченного параллельными проводящими плоскостями.

    В ряде случаев  необходимо иметь в  двух главных плоскостях  диаграммы направленности (ДН), значительно отличающиеся по ширине. Наиболее просто получить такую диаграмму с помощью антенны, состоящей из металлического зеркала, поверхность которого имеет форму параболического цилиндра, и линейного облучателя, расположенного вдоль фокальной оси этого цилиндра (рис.1). Сечение цилиндра  плоскостью y0z представляет параболу, а плоскостью x0z ─ прямую линию.

    Если  на поверхность цилиндра падает цилиндрическая волна, то благодаря геометрическим свойствам параболы эта волна, отражаясь по законам геометрической оптики, трансформируется в плоскости y0z в плоскую. В плоскости x0z цилиндр не обладает трансформирующими свойствами.  

    

    Рисунок1 Антенна ─ параболический цилиндр

                                         

1.Краткие  теоретические сведения  

       Основными элементами параболической антенны являются металлический отражатель (рефлектор) 1, имеющий форму одной из параболических поверхностей, облучатель 2, помещенный в фокусе такой поверхности, и питающий фидер 3.

         Принцип действия зеркальных  антенн в режиме передачи заключается в преобразовании с помощью хорошо отражающей поверхности специальной формы (зеркала) поля слабо направленного первичного источника (облучателя) во вторичное поле, реализующее заданные направленные свойства антенны в целом. Обычно в зеркальных антеннах осуществляется преобразование широкой ДН облучателя в узкую ДН антенны.         

Рисунок 2 Основные элементы параболической антенны 

     а) б)

Рисунок 3 Диаграммы направленности: а) облучателя, б) антенны 

       Для получения достаточно выраженного эффекта отражения размеры зеркала должны быть много больше длины волны. В зеркальной антенне осуществляется преобразование сферического и цилиндрического фронта волны от первичного облучателя в плоский фазовый фронт на выходе антенны (для узких ДН) или в фазовый фронт специальной формы (для ДН специального вида – косеконсный и др.).

       Зеркало в соответствии со своим назначением  должно полностью отражать падающие на него электромагнитные волны. Поэтому  его поверхность выполняется  из хорошо проводящих металлов. Наилучшими отражающими свойствами обладают сплошные металлические поверхности, толщины которых должны быть в 2-3 раза больше толщины скин-слоя. Сплошные отражатели выполняются в виде металлических листов или же пленок (фольги), наносимых на легкую диэлектрическую основу.

       С целью уменьшения веса и ветровых нагрузок отражающую поверхность иногда выполняют в виде перфорированных  листов, однолинейной сетки из проводников круглого или прямоугольного сечения и двухлинейные сетки. При не сплошном отражателе часть электромагнитной энергии просачивается сквозь него, образуя нежелательное заднее излучение и уменьшая коэффициент усиления антенны.

       Отражающая поверхность антенны должна как можно точнее воспроизводить заданную параболическую форму. Отклонение поверхности от заданной формы вызывает появление разности фаз полей, приходящих к расскрыву антенны, что приводит к расширению диаграммы направленности/1, с.180/.