Толқын арналы-рупорлы кең жолақты антеннаны жобалау

Кіріспе
1. КЕҢ ЖОЛАҚТЫ АЖЖ АНТЕННАСЫН ЖОБАЛАУ ЖӘНЕ ҚҰРЫЛЫМЫ МЕН ӘРЕКЕТІНІҢ ҚАҒИДАЛАРЫ
2 АЖЖ РУПОРЛЫ АНТЕННАНЫҢ ҚОРЕКТЕНДІРГІШ ТОЛҚЫН ӨТКІЗГІШІ МЕН БАҒЫТТЫЛЫҚ ДИАГРАММАСЫН ЕСЕПТЕУ
3. АЖЖ ТОЛҚЫН АРНАЛЫ ЖОЛЫНЫҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ
4.Экспериментальная часть. ФАТ ҚҰРЫЛЫМЫ
5. Фазалық жылжуларды басқару
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Радиотолқындардың қабылдау мен сәулеленуін қамтамасыз ететін антенна-фидерлік құрылғы - кез келген радиотехникалық жүйенің ажырамас бөлігі. АЖЖ кең жолақты антенналары радиоэлектрониканың - байланыс, телевизия, радиолокация, радиолық басқару, радиоэлектрондық қарсы әрекет, радиолық жарғыш, радиотелеметрия және т.б. әртүрлі салаларында кеңінен қолданылады. Антеннаның техникалық сипаттамасына қойылатын талаптар радио жүйесін, орналастыру шарттарын, жұмыс тәртібін, ұйғарынды шығындарды белгілеуден туындайды. Антеннаның қажетті бағытталған қасиеттері, кедергіден қорғайтын, жиілік, энергетикалық және басқа да сипаттары көп жағдайда толқындардың жұмыс ауқымына тәуелді. Радиотехникалық жүйелерде жиіліктің түрлі диапазондары қолданылса да, аса жоғары жиіліктер (АЖЖ) барған сайын кеңінен қолданысқа еніп келеді. Бұл барлық радиожүйе сапасының маңызды көрсеткіштеріне әсер етуші сипаттамалардың АЖЖ антенналарында жүзеге асыру мүмкіндігімен түсіндіріледі. Мысалы, АЖЖ диапазонында антенналар ауқымы градус үлесіне дейін болатын өткір бағытты сәуле шығара алады және сигналды (дабылды) он,жүз мың есе арттыра алады.

АЖЖ диапазоны сантиметрлік және миллиметрлік кіші диапазондарының көптеген антенналық құрылғылары (рупорлы, линзалық, айна) жазық пішінді ашылудан (апертур) сәуле шығарады; жоғары бағыт алу үшін ашылудың кейбір көлемдері әдетте толқынның ұзындығынан асып кетеді. Толқын арналы-рупорлы антенналар келесі қасиеттерге ие: құрылымы қарапайым, ПӘК жоғары, кең қуыстық. Толқын арналы-рупорлы антенналар АЖЖ сантиметрлік дециметрлік кіші диапазондарында дербес антенна, линза және айна сәулелегіштері, сондай-ақ тым күрделі фазаланған антенналық торлар (ФАТ) сияқты қолданысқа ие болады. Өткір бағытты сканерлеуші кең жолақты фазаланған антенналық торлар (ФАТ) кеңінен таралды. ФАТ - бұл басқаратын фазалары бар немесе элементтері сәуле тарататын (сәуле таратушы) толқын фазалары айырымдары бар антенналық тор. Фазаларды басқару (фазалау) төмендегілерге мүмкіндік береді:

*сәуле таратушылардың әртүрлі жерлерінде ФАТ бағыттылық қажетті диаграммасын қалыптастыру (мысалы, бағыттылық өткір мақсатты диаграммасын - сәулені)
* Қозғалмайтын ФАТ сәуле бағытын өзгерту, солайша бірқатар жағдайда іс жүзіндегі инерциясыз, сканерлерген сәулені жылдам тарту;
Белгілі шектерде бағыттылық диаграммасының пішінін басқару - сәуле енін, бүйір желектерінің қарқындылығын (деңгей) өзгерту және т.б. Бұл үшін ФАТ -та кейде жеке сәуле таратушылардың толқындар амплитудасын басқаруды жүзеге асырады. Сканерлеу кеңістіктікке шолу жасауға, жылжыма

1. Горбатенко В.Н. Антенны и устройства СВЧ. Ч.2 – Мн.; изд. МГВАК, 2009 г.
2. Горбатенко В.Н. Антенны и распространение радиоволн. Ч.1 –Мн.; изд. МГВАК, 2006 г.
3. Кочержевский Г.Н. «Антенно-фидерное устройство», М., Изд. «Связь», 2010 г.
4. Классен В.И. «Теория и техника антенно-фидерных устройств», Конспект курса лекций. М., Изд. «Связь», 2012г.
5. Сазонов Д.М. «Антенны и устройства СВЧ». — М.: Высш. шк., 1988.
6. Д.И. Вознесенский. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. М: Советское радио, 1994;
7. Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. М.; Радио и связь,1984 г.
8. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. М.; Связь, 1977 г.

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 51 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

Дусетов Н.

Толқын арналы-рупорлы кең жолақты антеннаны жобалау

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

мамандық 5В071900- Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар

Алматы 2015
Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

Физика-техникалық факультеті

Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы

Қорғауға жіберілді
__________________ҚДФжБФ кафедра меңгерушісі Приходько О.Ю.

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы: Толқын арналы-рупорлы кең жолақты антеннаны жобалау

5В071900 - Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар мамандығы
бойынша

Орындаған
Дусетов Н.

Ғылыми жетекшісі

ф.-м.ғ.к., доцент Кадыракунов К.Б.

Норма бақылаушы
А.Г.

Алматы 2015

РЕФЕРАТ

Дипломдық жұмыс 58 беттен, 32 суреттен және 19 қолданылған әдебиеттер
тізімінен тұрады.
Термин сөздер: Сандық жүйе, телефон станциясы, Коммутация, Құрылғы
параметрлері, Желі күйінің ағымдағы анализі, Үміттілік көрсеткіші, байланыс
каналы.
Жұмыстың өзектілігі: Ауылдағы жаңа байланыс жүйесін жобалау және талдау.
Жұмыстың мақсаты: Ауылдағы жаңа байланыс жүйесін жобалау және талдау.
Зерттеу әдісі: Қарастыру, зерттеу, талдау, график тұрғызу.

Содержание
Введение
1. Теоретическая часть
АННОТАЦИЯ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 4
ВВЕДЕНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... 5 1 АНАЛИЗ ЗАДАНИЯ НА РАБОТУ
1.1 Типы рупорных антенн ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..7
1.2 Типы радиопрозрачных обтекателей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..9
2 ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .11
2.1 Электромагнитное поле в рупорных антеннах ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
2.2 Выбор геометрических размеров рупорной антенны ... ... ... ... ... ... ... 12
3 РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА ... ... ... ... ... ..17
4 РАСЧЁТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 21
5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
ВЫВОД ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .23
1 АНАЛИЗ ЗАДАНИЯ НА РАБОТУ

1.1 Типы рупорных антенн

2. Расчёт основных электрических и геометрических параметров линейной
решётки рупорных антенн и её элементов
3. Конструктивный расчёт и разработка конструкции АФУ
4. Описание конструкции
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24

Кіріспе

Радиотолқындардың қабылдау мен сәулеленуін қамтамасыз ететін антенна-
фидерлік құрылғы - кез келген радиотехникалық жүйенің ажырамас бөлігі. АЖЖ
кең жолақты антенналары радиоэлектрониканың - байланыс, телевизия,
радиолокация, радиолық басқару, радиоэлектрондық қарсы әрекет, радиолық
жарғыш, радиотелеметрия және т.б. әртүрлі салаларында кеңінен қолданылады.
Антеннаның техникалық сипаттамасына қойылатын талаптар радио жүйесін,
орналастыру шарттарын, жұмыс тәртібін, ұйғарынды шығындарды белгілеуден
туындайды. Антеннаның қажетті бағытталған қасиеттері, кедергіден қорғайтын,
жиілік, энергетикалық және басқа да сипаттары көп жағдайда толқындардың
жұмыс ауқымына тәуелді. Радиотехникалық жүйелерде жиіліктің түрлі
диапазондары қолданылса да, аса жоғары жиіліктер (АЖЖ) барған сайын кеңінен
қолданысқа еніп келеді. Бұл барлық радиожүйе сапасының маңызды
көрсеткіштеріне әсер етуші сипаттамалардың АЖЖ антенналарында жүзеге асыру
мүмкіндігімен түсіндіріледі. Мысалы, АЖЖ диапазонында антенналар ауқымы
градус үлесіне дейін болатын өткір бағытты сәуле шығара алады және сигналды
(дабылды) он,жүз мың есе арттыра алады.

АЖЖ диапазоны сантиметрлік және миллиметрлік кіші диапазондарының
көптеген антенналық құрылғылары (рупорлы, линзалық, айна) жазық пішінді
ашылудан (апертур) сәуле шығарады; жоғары бағыт алу үшін ашылудың кейбір
көлемдері әдетте толқынның ұзындығынан асып кетеді. Толқын арналы-рупорлы
антенналар келесі қасиеттерге ие: құрылымы қарапайым, ПӘК жоғары, кең
қуыстық. Толқын арналы-рупорлы антенналар АЖЖ сантиметрлік дециметрлік
кіші диапазондарында дербес антенна, линза және айна сәулелегіштері, сондай-
ақ тым күрделі фазаланған антенналық торлар (ФАТ) сияқты қолданысқа ие
болады. Өткір бағытты сканерлеуші кең жолақты фазаланған антенналық торлар
(ФАТ) кеңінен таралды. ФАТ - бұл басқаратын фазалары бар немесе элементтері
сәуле тарататын (сәуле таратушы) толқын фазалары айырымдары бар антенналық
тор. Фазаларды басқару (фазалау) төмендегілерге мүмкіндік береді:

*сәуле таратушылардың әртүрлі жерлерінде ФАТ бағыттылық қажетті
диаграммасын қалыптастыру (мысалы, бағыттылық өткір мақсатты диаграммасын -
сәулені)

* Қозғалмайтын ФАТ сәуле бағытын өзгерту, солайша бірқатар жағдайда
іс жүзіндегі инерциясыз, сканерлерген сәулені жылдам тарту;

Белгілі шектерде бағыттылық диаграммасының пішінін басқару - сәуле
енін, бүйір желектерінің қарқындылығын (деңгей) өзгерту және т.б. Бұл үшін
ФАТ -та кейде жеке сәуле таратушылардың толқындар амплитудасын басқаруды
жүзеге асырады. Сканерлеу кеңістіктікке шолу жасауға, жылжыма нысандарды
алып жүруге және олардың бұрыштық координаттарын анықтауға мүмкіндік
береді. Әлсіз бағытты немесе бағытталмаған антенналарды , мысалы
байланысшыларды, өткір бағытты сканерленгенге алмастыру радиотехникалық
жүйеде антенна күшейту коэффициентті арттыру есебінен энергетикалық ұтысты
алуға жағдай жасайды, сондай-ақ бір мезгілде жұмыс жасайтын әртүрлі
жүйелердің өзара әсерлерін әлсіретеді. Сканерлеуші өткір бағытты
антенналарды құру үшін антенна торларын қолдану кеңістікті шолудың жоғары
жылдамдығын жүзеге асыруға және қоршаған кеңістіктегі электромагниттік
толқындар шағылысы немесе сәулелену көздерін бөлу жөнінде ақпарат көлемін
арттыруға мүмкіндік береді.Сәуле таратушының орналасу геометриясына қарай
антенна торлары (АТ) бір шамалы (сызықтық, айналма, доға), екі шамалы
(жоғары) және үш шамалы болып бірнеше топқа бөлінеді.

Сызықтық анттена торларының бір түрі - рупорлы антеннаның сызықтық
торы болып табылады.

Бұл жұмыстың мақсаты- өткір бағытты, сканерлеуші антенна торларының
жұмысын зерттеуді жобалау.

Бағыттылық диаграммасын, рупорлы антеннаның поляризацияланған
диаграммасын және фидерлік желідегі тік толқын коэффициентін (шағылысу
коэффициенті) өлшеу әдістерін зерттеу.

1. КЕҢ ЖОЛАҚТЫ АЖЖ АНТЕННАСЫН ЖОБАЛАУ ЖӘНЕ ҚҰРЫЛЫМЫ МЕН ӘРЕКЕТІНІҢ
ҚАҒИДАЛАРЫ

1. АЖЖ рупорлы пирамида тәрізді антенна түрлері

Рупорлы антенна толқын өткізгіштің көлденең шамасын бірқалыпты арттыру
әдісімен пайда болады. Әдетте тік бұрышты және дөңгелек толқын өткізгіштер
қолданылатындықтан осы толқынөткізгіштен туындайтын рупорлар көбірек
қолданылады. Егер тікбұрышты толқын өткізгіш тек бір ғана жазықтықта
кеңейтілсе, онда сол әдіспен алынған рупор секториалдық деп аталады. Н-
жазықтықта толқын өткізгіш кеңейтілсе мұндай секториалдық рупор Н-
жазықтықтық (1-сурет,а), Е-жазықтығында кеңейтілсе - Е-жазықтықтық (1-
сурет, б) деп аталады. Секториалдық рупорлар БД қай жазықтықта кеңейтілсе,
тек сол жазықтықта ғана тарылтады. БД басқа жазықтықта рупор пайда болған
толқын өткізгіштің ашық шегіндегі жазықтықтағы БД күйінде қалады. Осылайша,
секториалдық рупорлар желпуіш түріне ие БД тудырады.

1.1.Сурет. Рупорлы антенна түрлері:

а - Н-жазықтық секториалдық рупоры;

б - Е-жазықтық секториалдық рупоры;

в - шошақ пирамида тәрізді рупор;

г - сына тәрізді пирамидалы рупор;

д - құрама рупор;

е - конустық рупор;

ж - биконустық рупор.

Қос жазықтағы БД тарылту үшін пирамида тәрізді рупорды қолданады, ол
толқын өткізгішті екі жазықта кеңейту жолымен пайда болады. (1.1-сурет, в
және г). Егер пирамида тәрізді рупордың қырлары бір нүктеде түйіссе (1.1
сурет,в), онда оны шошақ деп атайды.

1.1-сурет, г-де суреттелген пирамида тәрізді рупорды сына тәрізді атайды.

Толқын өткізгішті қос жазықтықта бір мезгілде емес, бірінен кейін
бірін кеңейтуге болады. Нәтижесінде алынған рупорды құрама деп атайды (1.1-
сурет,д). Мұндай рупор кәдімгі пирамидалыққа қарағанда жақсы қиысуы
мүмкін, алайда құрылымының күрделілігінен ол өте сирек қолданылады.
Кеңейтілген дөңгелек толқын өткізгіші конустық рупорды құрады (1.1-
сурет,е). Н11 толқынды бұл рупорлардың ерекшелігі - олардың БД пішіні
айналу дене шегіне жақын келеді, ал оны өз кезегінде айна сәулесі ретінде
қолдануға ыңғайлы. Биконустық рупорлар ортақ оське ие екі қиық конустармен
жасалады (1.1-сурет, ж). Мұндай рупорлар конус осіне перпендикуляр
жазықтағы бағытты емес БД-на ие. Осі бар жазықтағы БД ені конустар ұшындағы
бұрыштар шамасына және соңғыларының биіктігіне байланысты.

Биконустық рупор жасайтын өріс поляризациясын мүмкін жағдайда тік
немесе көлденең қозғаушы құрылғы түрімен анықтайды.Рупорлардың әр түрлерін
талдау нәтижесінде шошақ пирамидалы рупор таңдап алынды. Рупорлы антеннаның
аталған түрі техникалық міндеттің талаптарын артығымен орындай алады.
Толқын өткізгіштің көлденең қимасының бірқалыпты артуы нәтижесінде рупордың
пайда болу арқасында толқын өткізгішінде қуат алатын ауытқудың сол түрі
қозғалады. 1.2-суретте Н10 толқынымен қозғалған толқын өткізгішінен қуат
алатын пирамида тәрізді рупорлы антеннаның электромагниттік өріс
конфигурациясы көрсетілген.

1.2-сурет. Пирамида тәрізді рупордың және оның толқын өткізгішінде
қуаттанатын электромагниттік өрісін үлестіру.

Суретте көрсетілгендей, толқын өткізгіште қозғалатын ауытқу рупорда да
бар, бірақ толқын майданы толқын өткізгіштен рупорға ауысқанда жазықтан
сфералық күйге айналады. Толқынның рупор бойлық қимасы жазықтығымен майданы
кездесу сызығы шеңбердің доға пішініне ие, оның ортасы О рупор ұшында
орналасқан. Е жазығында толқын майданы 90° бұрыш астында рупор
қабырғаларымен кездеседі, өйткені тангенциалдық жасаушы электр өрісі
өткізгіш жазықтығында нөлге тең.

1.3 Рупорлы антеннаның геометриялық шамасын таңдау

Рупорлы антенна (1.3 сурет) 1 рупордан және 2 толқын өткізгіштен
тұрады. Антеннаға қуат беретін генератордың толқын өткізетін жолы бар,
фидер жолы Н10 толқынына ие тікбұрышты толқынөткізгіш түрінде орындалған.
Толқын өткізгіш фидері рупорды қозғаушы 2 толқын өткізгішіне тікелей өтеді.

1.3. сурет. Рупорлы антеннаның сұлбасы

a және b тікбұрышты толқын арнасының көлденең қимасының көлемдерін таңдау
толқын арнасында толқынның тек негізгі H10: типінің таралуы жағдайында
ғана жүргізіледі
(1.1)
(1.2)

ар және bр пирамида тәрізді рупордың ашылу көлемдері (1.3 сурет) тиісті
жазықтықтағы бағыттылық диаграммасының талап етілетін ені немесе іс-әрекет
бағыттылығының коэффициенті бойынша таңдап алынады. Бағыттылық
диаграммасының ені ар және bр ашылу көлемдерімен келесі қатынастар
арқылы байланысты болады:

H векторының жазықтығында
, (1.2)
Е векторының жазықтығында

. (1.3)
Рупорлы антеннаның бағыттылық диаграммасының ені нөлдік мәндер арасында
төмендегі шамалас формулалар арқылы есептеледі:
H векторының жазықтығында

, (1.4)
Е векторының жазықтығында
. (1.5)
Н жазықтығындағы антеннаның бағыттылық диаграммасы шамамен бір жарым есе
жалпағырақ болады, себебі аталған жазықтықта электр өрісінің рупордың
ашылуы бойынша кернеулігі біркелкі бөлінбеген: рупордың орталығында ол
барынша үлкен, ал бұрыштарына қарай нөлге дейін түсіп кетеді. Е
жазықтығында (электр өрісінің күш желілерінің бойымен) өрістің кернеулігі
өзгермейді, рупордың ашылу көлемдерін қолдану бұл жазықтықта барынша толық
болады. Көлемдерді өлшеу үшін бастапқы шама ретінде бағытталған іс-
әрекеттің коэффициенті (б.ә.к.) берілсе, онда ашылу көлемдерінің
арақатынасы (мысалы, шаршылық (квадраттық) ашылу) немесе
Е және Н:жазықтықтарындағы бағыттылық диаграммасы енінің қатынасы
көрсетіледі.
(1.6)
Ашылудың ap және bp жақтарының арасындағы арақатынастарды екі
жазықтықтағы негізгі желектердің ендері бірдей болатындай етіп таңдауға
болады. (1.4), (1.5) формулалары бойынша мұндай жағдайлардың
бойынша орындалатыны белгілі.
Рупорлы антеннаның бағытталған іс-әрекет коэффициенті барлық үстіртін
антенналарға арналған ортақ формула бойынша есептеледі:

(1.7)

ν коэффициенті ашылудың үсті бойынша өрістің әрқилы таратылуынан бөлек осы
беткі қабат бойынша фазалық олқылықтарды және рупордың жиектеріндегі
радиотолқындардың дифракциясын да ескереді. Соңғы құбылыс есептеудің
күрделілігіне, сондай-ақ оның 2λ асатын ap және bp, көлемдері жағдайында
б.ә.к.-не қатысты ықпалының төмен болуына байланысты есептеу кезінде
ескерілмейді.
рупорлардың тиімді көлемдері жағдайында [4]:

ν = 0,64. (1.8)

(1.7) формуласы арқылы рупордың ашылу ауданын табамыз Sp:

. (1.9)
Мына арақатынас арқылы рупордың ашылу көлемдері: :

, (1.10)

. (1.11)
Рупор мойнының көлемдері толқын арналарының көлденең қиысу көлемдеріне
сәйкес келеді және қосымша анықтама жасауды талап етпейді.
Рупордың ұзындығын (1.3 сурет) екі көлем сипаттайды: h — ашылудан бастап
рупордың мойнына дейінгі арақашықтық, Е және Н, RE және Rh жазықтықтарында
бірдей болатын — онда тиісінше Е және Н жазықтықтарында пирамида тәрізді
рупордың қабырғалары қосылатын ашылудан нүктеге дейінгі арақашықтық
пирамида тәрізді рупордың ұзындығын таңдау барысында екі жағдайды
қамтамасыз ету қажет:
1) ашылудағы рұқсат етілетін фазалық қателік;
2) рупордың қоректендіруші толқын арнасымен дұрыс түйісуі.
ашылуындағы ең жоғары фазалық қателік рупордың тиімді көлемдерін
анықтайды және оның рұқсатты шамасы келесі жағдайларды қанағаттандыруы
тиіс:

Н жазықтығында

, (1.12)
Е жазықтығында
. (1.13)

(1.12) және (1.13) бойынша Н және Е жазықтықтарында рупор ұзындығын
анықтауға қажетті арақатынастарға қол жеткізіледі:
, (1.14)
. (1.15)
Екінші жағынан алғанда, Н және Е жазықтықтарындағы үшбұрыштардан (1.3
суретті қараңыз) байқайтынымыз:

и , (1.16)
бұл жерде рупордың түйісуді жүзеге асыруға қажетті көлемдері төмендегі
арақатынаспен байланысты болады:

. (1.17)
Рупордың ұзындығын келесі тәртіпте есептейді. Жазықтықтардың біріндегі
рупордың ұзындығын анықтайды, мысалы RH (Re), бұл ретте (2.14) немесе
(1.15) формуласындағы теңсіздікті теңдікпен алмастырады , содан кейін
(1.17) формуласы бойынша RE (RН). басқа жазықтығындағы рупордың ұзындығын
табады. Егер RE (Rн) табылған мәні (1.14.) немесе (1.15.) теңсіздігін
қанағаттырмайтын болса, ең алдымен RE ( Rh) ұзындығын анықтайды, содан соң
RH (RE) өлшейді.
ашылудан рупордың мойнына дейінгі h арақашықтықты (1.16) мына формула
арқылы табамыз:

. (1.18)
Антенналардың сапасы антеннаның іс-әрекет бағыттылығы коэффициентінің
(ә.б.к.) антеннаның пайдалы іс-әрекет коэффициентіне (п.ә.к.)
көбейтіндісіне тең күшею коэффициентімен сипатталады. Рупорлы антенналар
үшін шығындар қуаттылығының сәуле тарату қауаттылығынан едәуір төмен болады
деп есептеуге болады, соның арқасында п.ә.к. бірге тең деп қабылдауға
болады [4].
Әдебиетте [1] рупордың толқындардың бірнеше ұзындықтарына ашылу көлемдері
жағдайында ашылудан шағылыстардың болмайды деп қарастыруға болады, демек
ашылу бұрышы рупордың тиімді көлемдеріне сәйкес келетін жағдайда, рупор
мойнынан болатын шағылысты аса қатты елемеуге де болады.

2 АЖЖ РУПОРЛЫ АНТЕННАНЫҢ ҚОРЕКТЕНДІРГІШ ТОЛҚЫН ӨТКІЗГІШІ МЕН БАҒЫТТЫЛЫҚ
ДИАГРАММАСЫН ЕСЕПТЕУ

(2.1) және (2.2) жағдайларына қарай a және b тікбұрышты толқын өткізгіштің
көлденең қимасының көлемдерін есептейміз.

[7]-ден 72×34 мм стандартты тікбұрышты толқын өткізгішін таңдаймыз.

Бағытталған іс-әрекеттің берілген коэффициенті бойынша төмендегі формула
бойынша тиімді шамалар арқылы Sp с рупор ашылуының ауданын табамыз:

ашылу жақтарының арасындағы арақатынасты таңдап алып, мына формулалар
бойынша (1.10.), (1.11.) рупор ашылуының көлемдерін есептейміз.
,

.
ap және bp λ толқын ұзындығынан бірнеше есе көр болатын жағдайда,
ашылудан шағылыс болмайды деп есептеуге болады, яғни рупор мойнынан болатын
шағылысты аса елемеуге де болады.

Келесі формула бойынша (1.14) Н жазықтығындағы рупор ұзындығын анықтап
аламыз:

Е жазықтығында (1.17.) RЕ формуласынан рупор ұзындығын көрсетіп, оны
анықтаймыз:

ашылудан рупор мойнына дейінгі h арақашықтықты келесі формула арқылы
табамыз:

.

Н жазықтығы үшін (1.12.) формуласы бойынша және Е жазықтығы .үшін (1.13.)
формуласы бойынша ашылудағы фазалық қателікті тексереміз:

Н жазықтығында
,
Е жазықтығында
.
F(θ,φ) рупор бағыттылығының диаграммасын оптикада скалярлық шамалар үшін
қолданылатын Кирхгоф формуласы бойынша шамамен есептеуге болады. Н
жазықтығында, атап айтқанда х-z жазықтығында, сектор тәрізді немесе
пирамида тәрізді рупор бағыттылығының диаграммасы үшін электромагниттік
өрістің векторлық сипатына жасалған түзетулерлі ескере отырып Кирхгоф
формуласы бойынша алынған өрнек төмендегідей түрге ие болады [1]:

(2.1)
Е жазықтығында, яғни YZ жазықтығында
. (2.2)
Бағыттылық диаграммасы (2.1) және (2.2). формулаларын пайдалана отырып,
MathcadProfessional 2001 бағдарламасы бойынша алынған. 2.1 және 2.2.
суреттерде ұсынылған.

2.1. сурет. Н жазықтығында рупорлы антенна бағыттылығының диаграммасы

2.2. сурет. Е жазықтығында рупорлы антенна бағыттылығының диаграммасы

бағыттылық диаграммасының енін (2.2) және (2.3) формулалары бойынша
анықтаймыз:
H векторының жазықтығында

,

Е векторының жазықтығында

.

2.3 ЭЛЕКТР ТӨЗІМДІЛІГІН ЕСЕПТЕУ

Рупорлы антеннаның техникалық тапсырманың талаптары бойынша ең жоғары сәуле
таратушы қуаттылығы Р∑=8 кВт. құрайды. Демек, рупорлы антеннаны толқын
өткізгіш жол арқылы қоректендіру қажет, себебі сол бойынша өткізгіштің
коаксиалдық желілері есептелген ең жоғары қуаттылық 3 – 4 кВт құрайды.

Толқын өткізгіш арқылы беруге болатын шекті қуаттылықты [14]: формуласы
бойынша есептеуге болады:

(2.3)

Көріп отырғанымыздай, толқын өткізгіш арқылы беруге болатын шекті қуаттылық
антенна шығаратын барынша жоғары қуаттылықтан едәуір артық болады,
сондықтан толқын өткізгіштің осы қимасын пайдалануға болады.

3. АЖЖ ТОЛҚЫН АРНАЛЫ ЖОЛЫНЫҢ ЭЛЕМЕНТТЕРІ
3.1 АЖЖ күштері
АЖЖ күштері баламалы сұлбада екі полюстілік ретінде беріледі, және ол Г.
көрініс коэффициентінің шамасымен сипатталады. Күштің таралу матрицасы
S11 = Γ шамасына ауысады. АЖЖ жолдарында келісілген және реактивті күштер
қолданыс табады.

а) б)
в)

3.1 сурет. Сіңіруші күштер:
а – толқын арналы, б – коаксиалдық, в – жолақты

Идеалды келісілген саллмақ Γ = 0 тең болады. Нақты келісілген күштердің
сипаттамалары жиілікке тәуелділік Γ және ықтимал сіңіруші қуаттылықтың
көлемі болып табылады. Практикада жиіліктер жолағында 20%-дан кем болмайтын
Γ 0,01 күштері пайдаланылады. Әдетте күшті кірістегі kсв шамасымен
сипаттайды. Көрініс беретін толқынның фазасына талаптар қойылмайды. Ықтимал
сіңіруші қуаттылықтың көлеміне қарай күштерді қуаттылықтың төменгі (≤ 1 Вт)
және жоғары деңгейіне бөледі. Соңғы жағдайда күште жылуды бос кеңістікке
таратуға арналған радиатор болады. 3.1 суретте толқын арналы, коаксиалдық
және жолақты түріндегі келісілген күштер көрсетілген. Олар радиосіңіруші
материалдардан, мысалы ферроэпоксидтен жасалады немесе жұқа сіңіріп алушы
қабықшадан тұрады. Күштің сапасы күштің ұзындығы l мен пішініне біршама
байланысты болады. Сына тәрізді күш үшін l көбіне λ болып қарастырылады.
Экспоненттік пішін жағдайында күштің ұзындығы біршама азаюы мүмкін.
Дециметрлік диапазонда қуаттылықтың жоғары деңгейіне су жүктемесін
пайдаланады. Бұл диапазонда су электромагниттік энергияны жылуға айналдыра
отырып, оны қарқынды түрде сіңіріп алады. Мұндай күш электромагниттік
өрістен тұратын радио түтіктерінің жүйесін көрсетеді. Осы түтіктер арқылы
су айналып жүреді. Келісілген күштер АЖЖ-диапазонының өлшем аппаратурасында
оның АЖЖ жолын орнату кезінде антеннаның баламасы ретінде, әртүрлі ылғалды
материалдардың АЖЖ-қызуы өнеркәсіптік қондырғыларында қолданылады.

а) б)

3.2. сурет. Толқын өткізгіш қысқа тұйықтаушы поршеньдер:

а – байланысты, б – кедергішті

Идеалды реактивті күш Γ = 1-ге тең және тек шағылысы коэффициентінің
фазасымен сипатталады. Идеалды реактивті күш бірге жақын Γ-ге тең және
kсв коэффициентімен сипатталады, ол шамамен 100 және одан да көп мәнге ие.
Парктика жүзінде реактивті күш қимылсыз (дәнекерленген) немесе қозғалмалы
поршень түрінде болады. Поршеньге қойылатын негізгі талап өткізу
желілерінің қабырғаларымен жақсы электрлік байланысты қамтамасыз ету болып
табылады. 3.2 суретте толқын өткізгіш қысқа тұйықтаушы поршеньдер –
байланысты және кедергішті поршеньдер көрсетілген. Кедергіш поршеньде
байланыстың сапасы электрлік жолмен қамтамасыз етіледі. Кедергіш поршеньге
жалғасатын толқын өткізгіштің көлденең қимасына нөлдік кедергіні өзгертетін
бүктелген қысқа тұйықтаушы жартылай толқындық желі болып табылады.
Механикалық байланыс қысқа тұйықталудан λв4 арақашықтықта орналасады (3.2,
б суреттегі 1-нүкте). Сондықтан механикалық байланыс қимасында бойлай ток
болмайды және осы байланыс сапасы тұтастай поршень жұмысының сапасына әсер
етпейді. Коаксиалды поршеньдер осыған біршама ұқсас болып келеді. Олар АЖЖ
өлшеу жолдарында, сондай-ақ келістіруші құрылғыларды баптау элементтері
ретінде қолданылады.

3.2 АЖЖ қуаттылығының бөлгіштері

АЖЖ жолдарында талап етілетін арақатынаста АЖЖ көздерінің қуаттылығы –
тербелістерді бірнеше арналарға таратуға арналған АЖЖ қуаттылығының
бөлгіштері пайдаланылады. АЖЖ қуаттылығын бөлгіштердің келесі типтерін
ажыратып көрсетуге болады: үшайыр, бағытталған тармақтаушылар, көпірлі
құрылғылар, АЖЖ қуаттылығының көпарналы бөлгіштері
Үшайырлар. Үшайыр деп өткізудің үш желісінің буындасуын атаймыз. Үшайырлар
баламалы сұлбада алты полюстілік ретінде көрсетіледі. 3.3, а) және б)
суреттерінде сәйкесінше Н және Е жазықтықтарындағы толқын арналы
симметриялық Y-үшайырлары және олардың баламалы сұлбалары көрсетілген. Осы
құрылғылардың тарату матрицаларын анықтаймыз.

а) б)
3.3. сурет.Толқын арналы симметриялық Y-үшайырлары және олардың баламалы
сұлбалары: а – Н жазықтығында, б – Е жазықтығында.Алты полюстіктіктің
тарату матрицасы үшінші тәртіпке ие (көп полюстіктің клемма жұптарының
санына немесе АЖЖ құрылғыларының бастарына қарай). s11 шағылысу
коэффициенті 1 генератордың басына, ал басқаларға –келісілген күштерді қосу
кезінде анықталады. Аталған жағдайда баламалы желінің 1 кірісіне сәйкес
келетін күш 2 және 3 кірістеріне баламалы W толқынды кедергімен екі
желінің параллель қосылуы болып табылады, демек . Zн = W2. S11 =
(Zн –W)(Zн + W) = – 13. Осы себептен 1-кірісінен 2 және 3 кірістеріне
өткізу коэффициенттері теңдей, яғни S21 = S31 тең болады. Шығынсыз идеалды
Y-үшайыры қарастырылып отырғандықтан, оның тарату матрицасы біртекті
болады. Сондықтан осы матрицаның кез келген жолы немесе бағаны элементтері
модульдерінің квардраттарының сомасы бірге, яғни S112 + S212 +
S312 = 1-ге тең. Осы мәселені ескере отырып, S21 = S31 = 23
табамыз. Осы құрылғының клеммалық жазықтықтары тарату матрицасының бірінші
бағанының барлық элементтері жарамды болатындай етіп орналастырылуы керек.
АЖЖ құрылғыларының геометриялық симметриясының оның сыртқы сипаттамаларына
ықпал ету әдістемесін пайдалана отырып, (3.1) және (3.2) сәйкес келетін
осындай құрылғылардың тарату матрицаларына қол жеткізуге болады.

а) б)
3.4. сурет. Толқын арналы Т-тәрізді үшайырлар:
а – Н жазықтығында, б – Е жазықтығында

3.4, а) және б) суреттерінде тиісінше Н- және Е-жазықтықтарындағы Т-
тәрізді үшайырларлар берілген. Әдетте оларды олар 1 кірістер бойынша
келісімді болатындай етіп жасайды. Сондықтан осы кірістер қозғалған уақытта
қуаттылық 2 және 3 иіндерінің арасында теңдей бөлінеді (АЖЖ құрылғысының
кірістерін кейде иіндер деп атайды). Сол себепті . ^ Н-үшайырында
бұл ретте 2 және 3 иіндері фазада, ал Е-үшайырында қарсы фазада
қозғалады.

3.3.Бағытталған тармақтаушылар

Бағытталған тармақтаушылар АЖЖ-ның төрт иіні бар өзара құрылғысы болып
есептеледі. Иіндердің бірі қозғалған жағдайда қуаттылық қажетті
арақатынаста қандай да бір екі иін арасында бөлінеді, ал төртінші иін
қозғалыссыз қалады. Баламалы сұлбада бағытталған тармақтаушы сегіз
полюстілік ретінде көрініс береді. Солардың арасында АЖЖ қуаттылығы
бөлінетін бағытталған тармақтаушылардың кірістерінің орналасуына қарай ол
3.7 суретте берілген үш типке бөлінеді. Бірінші типі (I) ортақ бағытталған,
екінші (II) және үшінші (III) типі – қарсы бағытталған.

I II III

3.5. сурет. I, II және III типті бағытталған тармақтаушылардың баламалы
сегіз полюстіктері

3.5. суреттен көріп отырғанымыздай, ІІ және ІІІ типті бағытталған
тармақтаушылардың кірістерін нөмірлеу І типке апаруы ықтимал. Сондықтан әрі
қарай бір І типті бағытталған тармақтаушыларды қарастыратын боламыз. 1 иін
қозғалған жағдайда 4 фазадағы тербелістер фазасы 3 иіндегі тербелістер
фазасынан 90°-қа қалып кетеді. Мұны С коэффициенті кезіндегі теріс жалған
бірлік дәлелдейді. Нақты бағытталған тармақтаушлар 1 иіннің қозғалу
режимінде анықталатын келесі параметрлермен сипатталады: өтпелі
әлсіреу c41 = 10 lg(P1P4) = –20 lgC; бағыттылық c24 = 10 lg(P4P2);
жұмыстың басылуы c31 = 10 lg(P1P3); кіре берістегі (1 + S11)(1 – s11)-
ге тең ағынсыз толқын коэффициенті (АТК). Берілген параметрлер бағытталған
тармақтаушы жиілігінің кейбір жолағында анықталады және олардың сандық
мәндері 0 ≤ c41 60 дБ; c24 20 дБ; c31 дБ; kсв ≈1,1 шегінде болады

а б

3.6. сурет. Бағыттталған АЖЖ толқын арналы тармақтаушылар

а-екі тесікті, б-тоғысушы толқын өткізгіштерде
ең қарапайым бағытталған тармақтаушы толқын арналы екі тесікті тармақтаушы
болып табылады (3.6 сурет). Ол екі тікбұрышты толқын өткізгіш болып
саналады, олардың ортақ жіңішке қабырғасындағы бір-бірінен λв4
арақашықтықта байланыстың екі саңылауы ойылған. 1 иін қозғалған уақытта АЖЖ
қуаттылығы негізінен 3 иінге өтеді және оның кішігірім бөлігі 4 бөлікке
қарай тармақталады. Бұл ретте иін босатылып шешілген қалыпта қалады, себебі
саңылаудан тармақталып тараған және арасындағы арақашықтары λв4 болатын
толқындар бұл фазада фазаға қарсы болады және бір-бірін сөндіреді. Аталған
құрылғының кемшілігі оның жіңішке жолақты болуында. Аталмыш кемшілікті жою
үшін бағытталған тармақтаушыны көптесікті етіп жасайды. Соның есебінен
с41.өтпелі әлсіреудің қажетті жиілікті ситпаттамасын да табуға болады.
АЖЖ толқын арналы жолдарында олардың ортақ жалпақ қабырғасында жіңішке
қабырғалардан а4 арақашықтығында қандай да бір пішіндегі байланыс
саңылауы ойылған (3.6. б. сурет), тікбұрыштың тік бұрышында екі түйісуші
толқын өткізгіштері болып табылатын бағытталған, тармақтаушы кеңінен
қолданылады.

3.4. АЖЖ көпірлі құрылғылары

АЖЖ көпірлері деп 3дБ өтпелі әлсіреуімен бағытталған тармақтаушыларды
атайды. Осылайша, көпір қуаттылықты 3 және 4 иіндерінің арасында теңдей
бөледі (3.7. суретті қараңыз).

а)
б)

3.7 сурет. Толқын арналы-саңылаулы көпірлер:

а – Н жазықтығында, б – Е жазықтығында

АЖЖ мынадай көпірлі құрылғыларын ажыратып көрсетуге болады: Н-
и Е-жазықтықтарындағы толқын арналы-саңылаулы көпірлер; айналмалы көпір;
қосарлы Т-көпірі; тежелген қосарлы Т-көпірі. АЖЖ көпірлері бағытталған
тармақтаушылардың жеке жағдайы ретінде баламалы сұлбада сегіз полюстік
түрінде көрініс береді.

Н-жазықтығындағы толқын арналы-саңылаулы көпір (3.7, а сурет) жиі
жағдайда олардың ортақ жіңішке қабырғалары l ұзындығымен бөлінетін екі
тікбұрышты толқын өткізгіш болып табылады. Соның нәтижесінде көлденең
қимасының көлемі А × b болатын жалпақ тік бұрышты толқын өткізгіш пайда
болады. Бұл толқын өткізгіштің А мөлшері онда таралатын толқындар
Н10 және Н20, яғни λ A 3λ2 толқындары болатындай етіп таңдап алынады.
1 иіні Н10 толқынымен қозғалған жағдайда, жалпақ толқын өткізгіште
Н10 және Н20 толқындары қозғалысқа ұшырайды.

3.5. АЖЖ қуаттылығының көпарналы бөлгіштері

Қуаттылықтың мұндай бөлгіштері көпэлементті антенна торларында (АТ)
қолданыс табады. Талап етілетін арақатынаста АТ қозғалтушы сәуле таратушы
шығыс арналарының үлкен санының арасындағы бастау көзінің қуаттылығын бөліп
ажырату үшін қажет. Мұндай бөлгіштің баламалы көп полюстілігі 3.8. суретте
көрсетілген.

3.8. сурет. АЖЖ қуаттылығының көпарналы бөлгіші

Клеммалардың бірінші жұбына (кірісіне) қосылатын қайнар көздің қуаттылығы
клеммалардың N шығыс жұптарының ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.