Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
3.4. Описание порядка работы
Программа расчета основных конструктивных параметров диэлектрической стержневой антенны конической формы, а также моделирования ее диаграммы направленности, реализованная в языковой среде MathCad 15, приведена в приложении А к разделу 3. При проведении лабораторной работы расчеты осуществляются только для круглого диэлектрического стержня, на основе которого выполняется излучающая часть антенны. Расчет возбуждающего устройства не производится.
Работа выполняется в следующей последовательности.
1. Задание исходных данных.
Исходные данные, соответствующие варианту, выбранному по последней цифре зачетной книжки, приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Исходные данные к лабораторной работе
|
Последняя цифра |
Диапазон рабочих частот, МГц |
Ширина ДН 2θ0,5, град |
Параметры |
|||
|
fmin |
fmax |
Мин. |
макс. |
ε |
tg δ |
|
|
0 |
550 |
950 |
20 |
22 |
2,1 |
2∙10–4 |
|
1 |
350 |
650 |
40 |
42 |
3,2 |
2,2∙10–4 |
|
2 |
740 |
1260 |
18 |
20 |
2,4 |
2,1∙10–4 |
|
3 |
300 |
450 |
45 |
50 |
3,0 |
2,2∙10–4 |
|
4 |
450 |
750 |
23 |
25 |
2,2 |
2∙10–4 |
|
5 |
400 |
700 |
30 |
35 |
2,8 |
2,2∙10–4 |
|
6 |
800 |
1400 |
12 |
14 |
2,6 |
2,2∙10–4 |
|
7 |
900 |
1440 |
30 |
32 |
2,8 |
2,2∙10–4 |
|
8 |
350 |
500 |
40 |
45 |
3,1 |
2,2∙10–4 |
|
9 |
870 |
1500 |
15 |
20 |
2,3 |
2,2∙10–4 |
2. Проведение расчетов
2.1. Расчет конструктивных параметров диэлектрического стержня.
В соответствии с исходными данными, а также методикой, приведенной в п. 2.2.3 из [1] осуществляется расчет параметров диэлектрического стержня. Конструкция стержневой антенны показана на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Геометрия конструкции антенны
Выбор максимального диаметра стержня осуществлять по критической частоте волны H11 круглого стандартного волновода [2]. Технические данные для круглых волноводов приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Технические данные для круглых волноводов [2]
|
Обозначение |
Диаметр, мм |
Критические частоты (ГГц) для волн типа |
||
|
H11 |
E01 |
H21 |
||
|
С23 |
83,62 |
2,10 |
2,74 |
3,49 |
|
С30 |
71,42 |
2,46 |
3,21 |
4,08 |
|
С35 |
61,04 |
2,88 |
3,76 |
4,77 |
|
С40 |
51,99 |
3,38 |
4,41 |
5,61 |
|
С48 |
44,45 |
3,95 |
5,16 |
6,56 |
|
С65 |
32,54 |
5,40 |
7,05 |
8,96 |
|
С76 |
27,78 |
6,32 |
8,26 |
10,5 |
|
С89 |
23,82 |
7,37 |
9,63 |
12,2 |
|
С104 |
20,24 |
8,68 |
11,3 |
14,4 |
|
С165 |
12,7 |
13,80 |
18,1 |
22,9 |
Рассчитанное по методике из [1] значение максимального размера диэлектрического стержня не должно превышать значение внутреннего диаметра выбранного круглого волновода. В противном случае операцию выбора волновода следует повторить.
После расчета среднего диаметра конического волновода и величине относительной диэлектрической проницаемости ε на основании графика, показанного на рис. 3.2, определяется зависимости отношения фазовой скорости в диэлектрическом волноводе к скорости света vф/с.
В зависимости от исходных данных, соответствующих варианту, рассчитывается оптимальная длина стержня, как показано в [1].
2.2. Исследование направленных свойств рассчитанной диэлектрической стержневой антенны.
Исследования направленных свойств антенны осуществляется в два этапа:
– на первом этапе осуществляется сравнение диаграммы направленности рассчитанной диэлектрической стержневой антенны с диаграммой направленности открытого конца круглого волновода. Для последнего расчет осуществляется по известной формуле:
где Λ1 – лямбда-функция.
На одно поле графика вынести сечения объемных диаграмм направленности в плоскостях Е- и Н, рассчитанные по методике из [1], а также сечение диаграммы направленности открытого конца круглого волновода.
Рис. 3.2. Зависимость отношения vф/c от среднего радиуса (в длинах волн) стержня и величины относительной диэлектрической проницаемости ε:
1 – ε = 2; 2 – ε = 2,5; 3 – ε = 3; 4 – ε = 4; 5 – ε = 5; 6 – ε = 6; 7 – ε = 10; 8 – ε = 20; 9 – ε = 32,5
Полученный график, а также сделанные выводы о влиянии конструкции антенны на ширину главного лепестка занести в отчет.
– на втором этапе исследований необходимо оценить диапазонные свойства диэлектрической стержневой антенны. Для этого необходимо рассчитать сечение диаграммы направленности стержневой антенны в Е-плоскости на трех частотах: нижней, средней и верхней. Полученные сечения вывести на одно поле графика. Сделать вывод о диапазонных свойствах диэлектрической стержневой антенны.
В заключение необходимо для рассчитанной конструкции антенны определить величину коэффициента направленного действия.