Волноводно-щелевая антенная решётка

 

 

 

3.4 Расчёт волноводного  соединения

Источником потерь энергии  в волноводе являются волноводные  соединения. При частых сборках и  разборках соединений простые контактные фланцы малонадежны. В таких случаях  используются бесконтактные дроссельно-фланцевые  соединения.

         

Рисунок 8. Дроссельно-фланцевое соединение

 

Соединение состоит из дроссельного фланца 4 и гладкого фланца 5. Для герметизации используется резиновое  кольцо 6. Плоскость 7 и гладкий фланец создают радиальную линию, в которой  распространяется волна типа ТЕМ, возбужденная продольными токами на широких стенках, которые разорваны зазором 1 между  волноводами. Длина радиальной линии  в вертикальном сечении L1 ≈ λ/4. На конце этой линии в сечении 2 осуществляется гальванический контакт между фланцами. Кольцевая выточка между сечениями 2 и 3 является отрезком коаксиальной линии, закороченным на конце. Длина этой линии L2 ≈ Λ/4, где Λ – длина волны  коаксиально-волноводных колебаний  типа Н₁₁. Именно эти колебания, как показано на рис.8, возбуждаются в кольцевой выточке.

Нулевое сопротивление в  сечении 3 четвертьволновой линии трансформируется в большое сопротивление в  сечении 2, где при этом не нужен  хороший контакт. Это большое  сопротивление четвертьволновым отрезком L1 снова трансформируется в очень  малое сопротивление на входе  зазора 1. Идея дроссельного соединения, таким образом, состоит в том, что ненадежный гальванический контакт между торцами волноводов заменяется надежным коротким замыканием, которое находится на расстоянии в полволны от места соединения торцов волноводов.

При конструировании волноводного тракта необходимо выбирать стандартный  волновод и стандартный волноводный  фланец. Размеры и электрические  параметры стандартных волноводов приведены в таблице 1, а размеры  стандартных фланцев (контактных и  дроссельных) в таблице 2.

Из таблицы 1 выбираем стандартный волновод МЭК-100. К волноводу, из таблицы 2,  подберем фланец стальной, плоский, приварной ГОСТ 12820-80

 

             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.Стандарты для  прямоугольных волноводов

 

Тип волновода	Диапазон частот для основного  типа волн, ГГц	Диапазон основного типа волн, см	Внутренние размеры, мм		Толщина стенок, мм
			ширина	высота
мэк-3	0,32-0,49	93,7-61,2	584,2	292,10	-
МЭК-4	0,35-0,53	85,7-56,6	533,4	266,70	-
МЭК-5	0,41-0,62	73,2-48,4	457,2	228,60	-
мэк-6	0,49-0,75	61,2-40,0	381,0	190,50	-
МЭК-8	0,64-0,98	46,9-30,6	292,1	146,05	-
МЭК-9	0,76-1,15	39,5-26,1	247,65	123,82	-
МЭК-12	0,96-1,46	31,2-20,5	195,58	97,79	-
МЭК-14	1,14-1,73	26,3-17,3	165,10	82,55	2,030
МЭК-18	1,45-2,20	20,7-13,6	129,54	65,77	2,030
МЭК-22	1,72-2,61	17,4-11,5	109,22	54,61	2,030
МЭК-26	2,17-3,30	13,8-9,09	86,36	43,18	2,030
МЭК-32	2,60-3,95	11,5-7,59	72,14	34,04	2,030
МЭК-40	3,22-4,90	9,32-6,12	58,17	29,083	1,625
МЭК-48	3,94-5,99	7,61-5,01	47,55	22,149	1,625
МЭК-58	4,64-7,05	6,46-4,25	40,39	20,193	1,625
МЭК-70	5,38-8,17	5,58-3,67	34,85	15,799	1,625
МЭК-84	6,57-9,99	4,57-3,00	28,499	12,624	1,625
МЭК-100	8,20-12,5	3,66-2,40	22,86	10,160	1,270
МЭК-120	9,84-15,0	3,05-2,00	19,05	9,525	1,270
МЭК-140	11,9-18,0	2,52-1,67	15,799	7,899	1,015
МЭК-180	14,5-22,0	2,07-1,36	12,954	6,477	1,015
МЭК-220	17,6-26,7	1,77-1,12	10,668	4,318	1,015
МЭК-260	21,7-33,0	1,38-0,90	8,636	4,318	1,015
МЭК-320	26,4-40,0	1,14-0,75	7,112	3,556	1,015
МЭК-400	32,9-50,1	0,91-0,60	5,690	2,845	1,015
МЭК-500	39,2-59,6	0,76-0,50	4,775	2,388	1,015
МЭК-620	49,8-75,8	0,60-0,40	3,759	1,880	1,015
МЭК-740	60,5-91,8	0,50-0,33	3,099	1,549	1,015
МЭК-900	83,8-112	0,36-0,27	2,540	1,270	1,015
МЭК-1200	92,2-140	0,325-0,214	2,332	1,016	1,015
МЭК-1400	114-173	0,263-0,173	1,651	0,826	-
МЭК-1800	145-220	0,21-0,136	1,295	0,648	-
МЭК-2200	172-261	0,174-0,115	1,092	0,846	-

 

 

 

 

 

Таблица 2. Размеры фланцев

Рисунок 9. Размеры  фланцевого соединения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5 Электрические параметры ВЩР

Рассчитаем Диаграмму  направленности для полученной ВЩР:

 ДН в горизонтальной плоскости:

ДН в горизонтальной плоскости  определяется как:

           

 

Рисунок 10. ДН в горизонтальной плоскости

 

ДН  в вертикальной плоскости:

ДН в вертикальной плоскости  определяется как:

Рисунок 11. ДН в вертикальной плоскости

Данная диаграмма направленности имеет второй лепесток в направлении 180⁰ по той причине, что для расчёта используется идеализированная ДН излучателя f(θ) = 1. Реальная антенна будет иметь только один главный лепесток. [1]

4. Описание конструкции

Проектируемая антенна состоит из шести отрезков волновода МЭК-140 с короткозамыкателями. Пять из шести волноводов представляют собой линейные волноводно-щелевые антенные. В широкой стенке волновода прорезаны отверстия (щели) прямоугольной формы толщиной 2 мм и длиной 8,84 мм, отверстия расположены на расстоянии 12,81 мм друг от друга, направлены длинной стороной вдоль центра продольной стенки волновода на расстоянии 1,477 мм от него. Отверстия поочерёдно располагаются по разные стороны от центра, ближайшая от короткозамыкателя щель расположена на удалении 6,41 мм от него. Количество отверстий – 20. Длина волноводного отрезка 263 мм. К входному концу каждой из пяти линейных решёток припаян шестой, питающий волновод таким образом, что пять линейных решёток образуют одну плоскую ВЩР. Линейные решётки припаиваются начиная от короткозамыкателя, расстояние между ними 1 мм, расстояние аполняется пластинами из текстолита 263х8х1 мм. С другого конца питающего волновода припаивается  дроссельное фланцевое соединение. Волноводы и фланцевое соединение выполняются согласно ГОСТ 20900-75 и ГОСТ 12820-80 соответственно. Фланец для соединения перехода антенны с волноводом устанавливается на волноводе и припаивается высокотемпературным серебряным припоем. Конструкция так же имеет два стальных уголка для крепления антенны. Уголки выполнены из стали с приварены к верхней части антены. Вся конструкция покрыта антикоррозийной краской для защиты от агрессивной среды.

 

 

 

 

 

 

5. Заключение

В ходе выполнения курсовой работы, была спроектирована волноводно-щелевая антенная решётка с рабочей длиной волны λ = 20 мм, т.е. частотой            f =15ГГц, шириной диаграммы направленности в горизонтальной плоскости - 4°, шириной диаграммы направленности в вертикальной плоскости - 15°. Рассчитаны её геометрические и электрические параметры. Так же мной были построены диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, и создан сборочный чертеж спроектированной антенны .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Список литературы

 

1. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ. Учеб. Пособие для вузов. –М.: Советское радио, 1972.
2. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н., Антенны УКВ. – М.: Связь, 1971 . В 2-х частях. Ч.2.
3. Уколова Г.Г. Антенно-фидерные устройства: Метод. указания. Владивосток,    2004. – 24с.

						Лист
Изм	Лист	№ докум.	Подпись	Дата