Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ» (КНИТУ-КАИ) Институт радиоэлектроники, фотоники и цифровых технологий КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «АиУСВЧ» на тему: «Проектирование антенны «волновой канал»» Обучающийся 5304 (номер группы) (подпись, дата) (Ф.И.О.) Руководитель (должность) (Ф.И.О.) Курсовая работа зачтена с оценкой (оценка) Казань, 2024 (подпись, дата) Содержание Введение ................................................................................................................... 3 1. Расчёт радиотехнических характеристик антенны типа «волновой канал» . 5 2. Расчёт фидерного тракта .................................................................................... 8 2.1. Выбор коаксиального кабеля и его параметров ........................................ 9 Выводы ......................................................... Ошибка! Закладка не определена. Список использованных источников .................................................................. 11 2 Введение Антенны типа "Волновой канал" получили широкое распространение в различных профессиональных устройствах радиосвязи и радиолокации. Большинство телевизионных коллективных и индивидуальных антенн промышленного изготовления также являются антеннами типа "Волновой канал". Это связано с тем, что такие антенны достаточно компактны и обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах. Иногда антенну "Волновой канал", особенно в зарубежной литературе, называют антенной Уда - Яги по имени впервые описавших ее японских изобретателей. 3 4 1. Расчёт радиотехнических характеристик антенны типа «волновой канал» Рисунок 1 – Антенна типа «волновой канал» Произведем расчёт геометрических размеров антенны: Найдем длину волны на частоте 900 МГц: 𝑐 3 ∗ 108 𝜆= = = 333 мм 𝑓 900 ∗ 106 𝐿𝑟 = 0.52 ∙ λ ≈ 172 мм -длина рефлектора 𝐿𝑣 = 0.48 ∙ λ ≈ 161 мм - длина вибратора 𝐿𝑑1 = 0.46 ∙ λ ≈ 155 мм -длина первого директора 𝐿𝑑2 = 0.45 ∙ λ ≈ 153 мм - длина второго директора 𝐿𝑑3 = 0.45 ∙ λ ≈ 152 мм - длина третьего директора 𝐿𝑑4 = 0.45 ∙ λ ≈ 150 мм - длина четвертого директора 𝐿𝑑5 = 0.44 ∙ λ ≈ 148 мм - длина пятого директора 𝐿𝑑6 = 0.44 ∙ λ ≈ 147 мм – длина шестого директора 𝐿𝑑7 = 0.43 ∙ λ ≈ 146 мм - длина седьмого директора 𝐿𝑑8 = 0.43 ∙ λ ≈ 145 мм - длина восьмого директора 𝐿𝑑9 = 0.43 ∙ λ ≈ 144 мм - длина девятого директора 𝐿𝑑10 = 0.43 ∙ λ ≈ 144 мм - длина десятого директора 𝑆𝑅𝑉 = 0.2 ∙ λ ≈ 66,6 мм- расстояние между рефлектором и вибратором 𝑆𝑉𝑑1 = 0.07 ∙ λ ≈ 25 мм- расстояние между вибратором и 1 директором 𝑆𝑑1𝑑2 = 0.18 ∙ λ ≈ 60 мм - расстояние между 1 и 2 директорами 𝑆𝑑2𝑑3 = 0,21 ∙ λ ≈ 71,6 мм -расстояние между 2 и 3 директорами 5 𝑆𝑑3𝑑4 = 0,25 ∙ λ ≈ 83,3 мм -расстояние между 3 и 4 директорами 𝑆𝑑4𝑑5 = 0,28 ∙ λ ≈ 93,3 мм -расстояние между 4 и 5 директорами 𝑆𝑑5𝑑6 = 0,3 ∙ λ ≈ 99,9 мм -расстояние между 5 и 6 директорами 𝑆𝑑6𝑑7 = 0,31 ∙ λ ≈ 105,9 мм -расстояние между 6 и 7 директорами 𝑆𝑑7𝑑8 = 0,33 ∙ λ ≈ 110 мм -расстояние между 7 и 8 директорами 𝑆𝑑8𝑑9 = 0,34 ∙ λ ≈ 120 мм -расстояние между 8 и 9 директорами 𝑆𝑑9𝑑10 = 0,36 ∙ λ ≈ 115 мм -расстояние между 9 и 10 директорами Радиус элементов антенны волновой канал: 𝑟 = 1 мм. С помощью программы CST Studio Suite построим антенну: Рисунок 2 – Модель антенны «волновой канал» в CST Studio Suite 2024 Произведем расчёт ДН антенны: Рисунок 3 – ДН антенны 6 Исходя из рисунка 3, видим: - КУ антенны: 13,7 дБ - УБЛ: -6.5 дБ Данные параметры удовлетворяют ТЗ. 7 2. Расчёт фидерного тракта Фидеры предназначаются для передачи СВЧ энергии со сравнительно малыми потерями на расстояния, не превышающие несколько десятков метров - от источника к антенне и наоборот от антенны к приёмнику и индикатору. Фидерный тракт должен: Работать в заданной диапазонности. Обладать малыми потерями передаваемой к антенне энергии. Обладать соответствующей величине передаваемой энергии электрической прочностью. Быть достаточно жёстким, чтобы свести к минимуму использование дополнительных поддерживающих деталей; хорошо противостоять вибрациям и ударным нагрузкам; Быть дешёвым и простым в изготовлении Предъявляемым требованиям наиболее полно на сверхвысоких частотах удовлетворяют прямоугольные волноводы. 8 2.1. Выбор коаксиального кабеля и его параметров Коаксиальный кабель (или коаксиал) представляет собой вид симметричного кабеля, который используется для передачи сигналов, особенно в электрических сетях и связи. Он состоит из центрального проводника, изолированного от внешнего экрана металлической оплетки или фольги, которая служит в качестве заземляющего экрана. Основная теория коаксиального кабеля включает ряд ключевых аспектов: Структура коаксиального кабеля: - Центральный проводник: представляет собой провод, через который передаются сигналы. - Изоляция: разделяет центральный проводник от внешнего экрана, предотвращая короткое замыкание и другие электрические проблемы. - Экран (оплётка или фольга): предотвращает внешние помехи и создаёт экранирование для уменьшения электромагнитных воздействий. - Оболочка: защищает внутренние слои от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Рисунок 10 – Структура коаксиального кабеля Преимущества коаксиального кабеля: - Экранирование: за счёт металлической оплётки или фольги, коаксиальный кабель обеспечивает хорошую защиту от внешних электромагнитных помех и минимизирует электромагнитные излучения. - Широкий диапазон применений: используется в телекоммуникационных системах, кабельном телевидении, компьютерных сетях и других областях. 9 В качестве фидерного тракта для нашей работы выберем коаксиальный кабель РК 50-3-35, так как у него достаточно приемлемые параметры для нашего частотного диапазона. Характеристики: 𝑍в = 50 Ом, 𝑑 = 1,05 мм – внутренний диаметр, 𝐷 = 2.95 мм – внешний диаметр, Внутренняя жила – медная проволока, Изоляция – полиэтилен физического вспенивания, Внешний проводник – медная трубка, 10 Список использованных источников 11
