Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"

Курсовая работа по дисциплине:

"Устройства сверхвысокой частоты и антенны"

Выполнил студент: Шмаль Сергей Сергеевич

Преподаватель: Кондратьева Светлана Геннадьевна

Москва 2019

Введение

При расчёте линий передачи часто приходится определять входное сопротивление линии, нагруженной известным по величине сопротивлением, производить расчет эквивалентного сопротивления линии из одного сечения в другое, рассчитывать параметры элементов согласованной линии передачи с нагрузкой и для таких расчетов могут быть использован формулы, полученные в теории длинных линий. Однако указанные вычисления часто оказываются громоздкими и утомительными.

Расчеты, связанные с определением параметров, характеризующих режим работы линии передачи, могут быть значительно упрощены путем использования круговых диаграмм. Наибольшее практическое применение получили диаграмма Вольперта-Смита. Эта диаграмма представляет собой графическое изображение основных соотношений из теории линий передачи, удобное для быстрого и достаточно точного решения многих задач.

Круговая диаграмма Вольперта - Смита используется для расчета входных сопротивлений линий передачи и сопротивлений их нагрузок, а также коэффициента бегущей волны или коэффициента отражения.

В данном курсовом проекте рассматриваются практические задачи по расчёту согласования линии передачи с использованием диаграммы Вольперта-Смита, нахождению простейшей антенны симметричного вибратора, и отношений токов симметричных вибраторов различной длины при одинаковой мощности излучения.

Исследование и согласование линий передачи

Задача 1.

Пусть линия с волновым сопротивлением нагружена на активное сопротивление (или реактивное сопротивление ). Нарисовать графики эпюр распределения амплитуд напряжения и тока вдоль линии, указав точное расположение их пучностей и узлов относительно нагрузки и соотношение амплитуд в них. С помощью круговой диаграммы полных сопротивлений Вольперта-Смита определить в линии передачи и входное сопротивление отрезка нагруженной линии длиной .

Исходные данные к задаче 1

Вариант	Нагрузка	Отрезок линии
21

Решение

Сопротивление нагрузки в общем виде:

где - активное сопротивление; - реактивное сопротивление.

Находим нормированное значение сопротивления нагрузки:

где - волновое сопротивление линии.

По условию задания , следовательно, нормированное значение сопротивления: сопротивление антенна вибратор

Таким образом

На диаграмме Вольперта-Смита находим точку, соответствующую значениям и (рис. 1.1).

Рис. 1.1 - Круговая диаграмма с найденными величинами

Так как нормирующее значение активного сопротивления , то

Расстояние от нагрузки до узла:

По диаграмме определяем точку входного сопротивления отрезка нагруженной линии (рис. 1.1) для указанного в условии значения . Для этого из действительной оси (точка активного сопротивления 1,0 является центром) поворачиваем по внешней шкале по часовой стрелке на относительное расстояние и находим точку пересечения окружности с отложенной прямой. Данная точка является точкой входного сопротивления:

Аналитическое решение задачи:

где ;

Таким образом:



Рис. 1.2 - Графики эпюр распределения амплитуд напряжения и тока вдоль лини

Задача 2.

Пусть линия с волновым сопротивлением нагружена на комплексное сопротивление . С помощью круговой диаграммы полных сопротивлений Вольперта-Смита определить, на каком расстоянии от нагрузки необходимо включить четвертьволновый трансформатор для согласовании нагрузки с линией передачи, а так же волновое сопротивление этого трансформатора.

Исходные данные к задаче 2

Вариант	Комплексное сопротивление нагрузки
21

Решение

Сопротивление нагрузки в общем виде:

где - активное сопротивление; - реактивное сопротивление.

Находим нормированное значение сопротивления нагрузки:

где - волновое сопротивление линии.

В соответствии с исходными данными определяем нормированные значения сопротивления:

На диаграмме Вольперта-Смита находим точку, соответствующую значениям и (рис. 2.1).

Рис. 2.1 - Круговая диаграмма с найденными величинами

По диаграмме полных сопротивлений определим точку включения трансформатора:



Волновое сопротивление трансформатора найдём по формуле:

Исследование и согласование симметричного вибратора

Задача 3.

К симметричному цилиндрическому вибратору с относительной длиной и волновым сопротивлением подведена питающая двухпроводная линия с волновым сопротивлением . Выполнить согласование вибратора с линией передачи с помощью четвертьволнового трансформатора. Определить относительное расстояние от вибратора до трансформатора, а так же волновое сопротивление этого трансформатора.

Исходные данные к задаче 3

Вариант	Электрическая длина вибратора,	Волновое сопротивление вибратора,	Волновое сопротивление линии,
13	1,25	100	150

Решение

Активная и реактивная составляющие входного сопротивления симметричного вибратора длины вблизи резонанса определяются по формулам:



где - сопротивление излучения вибратора, определяемое по графику (рис. 3.1);

- фазовый коэффициент; - длина волны в линии передачи, ;

где - волновое сопротивление вибратора, Ом; - радиус поперечного сечения вибратора.

Сопротивление излучения определяем по графику (рис. 3.1).

Рис. 3.1 - Сопротивление излучения электрического вибратора

Для длины вибратора , т.е. для определяем по графику (рис. 3.1):

Подставляем данные в формулы (1) - (2):

Запишем входное сопротивление в комплексном виде:

Осуществляем нормировку входного сопротивления к волновому сопротивлению:

Для решения задачи согласования входного сопротивления вибратора с двухпроводной линией воспользуемся круговой диаграммой полных сопротивлений (рис. 3.2).



Рис. 3.2 - Круговая диаграмма с найденными величинами

На круговой диаграмме находим точку, соответствующую нормированному сопротивлению нагрузки:

Из диаграммы следует, что такая нагрузка обеспечивает в линии .

Далее по окружности равного движемся из найденной точки в сторону генератора до пересечения с линией . При этом относительная длина пройденного пути составляет:

Точка пересечения линии равного с линией соответствует активной нагрузке, равной .

Для согласования волнового сопротивления линии с активной нагрузки с помощью четвертьволнового трансформатора необходимо выбрать волновое сопротивление трансформатора из условия:

Итак, согласующий трансформатор должен быть подключен в сечении линии, отстоящем от нагрузки на электрическом расстоянии и иметь волновое сопротивление

Задача 4.

Определить во сколько раз необходимо изменить мощность генератора для того, чтобы при замене вибратора длины на вибратор длины получить прежнее значение интенсивности излучения в направлении максимума ДН. При расчётах рассогласованием вибраторов с питающей линией пренебречь.

Исходные данные к задаче 4

Вариант	Электрическая длина 1-го вибратора	Электрическая длина 2-го вибратора
21	0,25	1,50

Изменение мощности антенны определяется следующим образом:

где значение КНД вибраторов различной длины может быть взято из графика:

По графику (4.1) при ,25, т.е. для находим , а при , т.е. для находим .

Следовательно

Рис. 4.1 - КНД симметричного вибратора

Мощность генератора необходимо изменить в:

Заключение

Использование круговой диаграммы полных сопротивлений и проводимостей в значительной степени упрощает вычисления, связанные с расчётом характеристик регулярных линий передачи и даёт достаточно точные результаты.

Для установления в линиях передачи режима бегущих волн необходимо произвести согласование линии передачи с нагрузкой. Основными методами такого согласования являются:

Метод трансформаторных и автотрансформаторных схем

Метод непосредственного подбора волнового сопротивления линий передачи

Метод четвертьволновых трансформаторов или вставок

Метод реактивных шлейфов

Метод ступенчатых и экспоненциальных переходов

Использование всех вышеперечисленных методов может быть реализовано с использованием круговых диаграмм полных сопротивлений и проводимостей или диаграмм Вольперта-Смита.

Список литературы

1. Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.Л., Пономарёв Л.И. Устройства СВЧ (Линии передачи СВЧ): Учеб пособие - М.: Изд-во МАИ, 1992.

2. Витко А.В., Воронин Е.Н., Семенов А.И., Трофимова Т.А. Учебное пособие к практическим занятиям по исследованию параметров СВЧ устройств. - М.: МАИ, 1986.

3. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для радиотехнич. спец. вузов. - М.: Высш, шк., 1988.

Размещено на Allbest.ru