Методические указания по самоподготовке.

Перед выполнением работы необходимо изучить литературу [4], понять принцип работы волноводно-щелевой антенны и что такое диаграмма направленности.

По заданной частоте определяются размеры поперечного сечения прямоугольного волновода a и b, затем находится длина волны основного типа в волноводе по формуле:



Резонансная длина волны высчитывается по формуле:



Например, для моделируемой антенны мм.

Подставив исходные данные, получаем что = 44,5 мм для моделируемой антенны.

Определяется расстояние между соседними щелями d. Для резонансных антенн в d  в случае синфазной связи щелей волноводом и  — при переменнофазной связи.

Рассчитываются нормированные эквивалентные проводимости всех щелей антенны. Если все щели резонансные, а ( ) — амплитудное распределение по антенне, то проводимость n-ой щели определяется по формуле:



где  — нормированная входная проводимость антенны. Нормированная входная проводимость выбирается таким образом, чтобы она обуславливала хорошее согласование антенны с питающим волноводом.

Зная , по формуле рассчитывается смещение центра щелей относительно широкой стенки волновода.



где  – смещение центра щелей относительно середины широкой стенки волновода.

Для моделируемой антенны мм.

Определяется ширина щели

---

с помощью соотношения:



где Um – амплитуда напряжения в пучности щели,  – предельное значение напряженности поля, при достижении которого наступает электрический пробой. При равномерном амплитудном распределении по антенне, когда излучаемая антенной мощность делится поровну между всеми щелями, амплитуда напряжения в пучности щели равна:



P – мощность, подводимая к антенне,  – внешняя проводимость излучения щели в волноводе.



 – сопротивление излучения эквивалентного симметричного вибратора; (в случае узкой щели длиной ,  73,1 Ом). Если амплитудное распределение излучения по антенне отличается от равномерного, то необходимо по текущему амплитудному распределению определить номер щели ( ), которая излучает наибольшую мощность. После по заданному распределению излучаемой мощности по щелям и известной подводимой мощности P определяется мощность, излучаемая данной щелью .

Тогда амплитуда напряжения в пучности этой щели:



При известном расположении щелей на стенке волновода и их ширине находится резонансная длина щелей в волноводе. Резонансная длина немного меньше и тем меньше, чем шире щель. Помимо этого, резонансная длина щели зависит от ее смещения относительно продольной оси широкой стенки волновода.

Далее воспроизводится диаграмма направленности (ДН) антенны и коэффициент направленного действия (КНД). При расчете ДН антенн с большим количеством щелей используются аналогичные методы, что и для многовибраторных антенн. Нормированная диаграмма направленности линейной решетки, состоящей из одинаковых излучателей, может быть записана в виде:

---

где  – ДН одиночного излучателя;  – множитель антенной решетки, зависящий от числа щелей в антенне и расстояний между ними. В случае равномерного амплитудного синфазного распределения по всей длине решетки ) имеет вид:

где   sin) — фазовый сдвиг между полями, создаваемыми в точке наблюдения соседними излучателями, где , а  — угол, отсчитываемый от нормали к линии расположения излучателей.

Варианты задания.

Для выполнения лабораторной работы представлены варианты исходных данных. С помощью данных значений, необходимо рассчитать параметры волноводно-щелевой антенный решетки и смоделировать антенну в Ansys HFSS.

Таблица 2 – исходные данные

Вариант	Ширина волновода a (мм)	Высота волновода b (мм)	Диапазон частот (ГГц)	Рабочая частота (ГГц)
1	23	10	8,20 - 12,40	10,3
2	35	15	5,64 - 8,15	6,9
3	13	6,5	14,71 - 21,43	18,1
4	19	9,5	9,93 - 14,71	12,32

Моделирование антенной решетки.

1. 
   Создайте прямоугольный волновод (рис. 7.1) с размерами согласно варианту.
   

---

Рис. 7.1. Параметры созданной фигуры
2) Далее необходимо вырезать внутреннюю часть волновода, оставив только стенки. Для этого необходимо скопировать и вставать созданный волновод и добавить к фиксированным размерам толщину стенки волновода, после чего воспользоваться инструментом «Subtract». После этого задать пространству внутри волновода материал «air» или «vacuum», а волноводу «copper».

3) Создание области расчетов (рис. 7.2). Для этого необходимо создать область, внутри которой будет находиться волновод, задать материал «air» или «vacuum», а затем установить область.



Рис. 7.2. Установка области расчета.
4) Установка порта в волноводе. Для возбуждения щелей в волноводе необходимо задать порт и рабочую частоту. Для этого, с помощью клавиши F, выбирается поверхность на которой будет находится порт. Для этого нужно перейти в меню Assign excitation – Wave port (рис. 7.3). Затем задается линия порта, новый порт высвечивается в дереве проекта.



Рис 7.3. Установка порта
5) Далее необходимо задать установку решения. Для этого нужно выбрать пункт Analysis в дереве проекта и сделать необходимую установку (рис. 7.4).


Рис. 7.4. Задание частотного диапазона

5) Создание щелей в волноводе. Для создания щелей необходимо сделать прорези на волноводе. По принципу, описанному в 2 пункте, вырезаются щели необходимых размеров на широкой стенке волновода. Положение щелей выбирается исходя из предварительных расчетов антенны (Рис. 7.5). Также на противоположной стороне волновода необходимо создать поглощающую нагрузку в виде крышки.



Рис. 7.5. Создание щелей в волноводе.

6) Проверка модели. После создания модели необходимо проверить правильность установки порта, области расчетов и решения. Для этого нужно воспользоваться инструментом «Validate» в разделе «Simulation». После успешной проверки рассчитать модель с помощью кнопки «Analyze All».

---

7) Вывод результатов расчета. Для расчета диаграммы направленности необходимо задать шаг расчета. В дереве проекта нужно выбрать пункт «Radiation»(Рис. 7.6).



Рис. 7.6. Создание шага расчета углов
В меню создания области задаются угол расчета и шаг (рис. 7.7).


Рис. 7.7. Настройки области расчета.
8) Вывод диаграммы направленности. Для этого необходимо выбрать нужную категорию переменных, единицу измерения и угол (Рис. 7.8, 7.9).



Рис. 7.8. Выбор категории.


Рис. 7.9. Выбор угла.
Для завершения лабораторной работы необходимо сформировать отчет из полученных результатов моделирования и ответить на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы.

1. 
   Типы волноводно-щелевых антенных решеток?
   
2. 
   Принцип частотного сканирования?
   
3. 
   Что такое диаграмма направленности?
   
4. 
   Исходя из каких соображений выбирают размеры резонансной ВЩА?
   

Лабораторная работа 8.

Исследование согласующих и симметрирующих устройств.

Цель работы

1. Освоение методики определения эквивалентного сопротивления нагрузки.

2. Узкополосное согласование нагрузки с волноводом методом параллельной реактивности.

Методические указания по самоподготовке.

При подготовке к лабораторной работе необходимо изучить разделы курса, посвященные теории волноводов с нерегулярными элементами, а также методам узкополосного согласования [1] или [2]. При изучении указанных вопросов следует обратить внимание на следующие основные положения.

На практике волноводы, как правило, работают на волне основного типа (в случае прямоугольного волновода на волне ). Для расчета волноводов в одноволновом режиме вводится понятие длинной линии, эквивалентной волноводу. В теории длинных линий обычно продольная координата

---

Смотрите также файлы

• По дисциплине Линейные системы автоматического регулирования комплексного тестирования в магистратуру.docx

• Но очень важная миссия быть классным руководителем. Одни учителя считают эту работу дополнительной нагрузкой к своей преподавательской деятельности, другие называют её самой главной.docx

• Сложносочиненное предложение.docx

• 1. Предмет и задачи дисциплины Основы нейрофизиологи и высшей нервнойдеятельности.docx

• Самостоятельная работа по теме Задание Составьте таблицу Странычлены нато.docx