Зеркальная параболическая антенна с дипольным облучателем

Введение

Антенной (от латинского antenna –мачта, рея) называется преобразователь волновых полей, устройство, осуществляющее излучение волн, поступающих к антенне от передатчика (так называемая передающая антенна), либо устройство, преобразующее падающее излучение и направляющее его по линии передачи к приемнику (приемная антенна) [1].
Целью данной работы является разработка зеркальной параболической антенны с дипольным облучателем. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
1. Произвести обзор литературных источников, анализ исходных данных, выбрать и обосновать компоновочную схему антенны для разработки в рамках дипломного проекта;
2. Спроектировать дипольный облучатель с рефлектором, рассчитать диаграмму направленности разрабатываемой антенны;
3. Разработать конструкцию антенны в целом;
4. Смоделировать облучатель в САПР;
5. Рассмотреть вопросы конструктивной реализации антенны и описать вопросы эксплуатации;
6. Произвести технико-экономическое обоснование и расчет себестоимости разработки;
7. Рассмотреть вопросы охраны труда.
В качестве иллюстрационного материала при защите проекта будет использоваться:
1. Функциональная и компоновочная схемы антенны;
2. Сборочный чертеж облучателя;
3. Результаты моделирования в САПР;
4. Сборочный чертеж всей антенны в целом.
Предметом данной дипломной работы является телекоммуникационная антенная система, а объектом – зеркальная антенна с дипольным облучателем.
В качестве теоретической базы в работе использованы как фундаментальные научные знания, так и современные разработки в области проектирования, расчета и моделирования антенных систем.
В рамках данной дипломной работы нашли применение методы математического и компьютерного моделирования, которые могут быть использованы при проектировании и промышленном производстве антенн.
 

Содержание

Введение 5
Раздел 1. Основы теории и методологии разработки антенных устройств. Обзор литературных источников 7
1.1. Общие сведения 7
1.2. Классификация антенн 7
1.3. Методы нахождения поля излучения апертурной антенны 8
1.4. Развитие поляриметрии 10
1.5. Моделирование антенн 11
Раздел 2. Анализ исходных данных 13
2.1. Исходные данные 13
2.2. Назначение антенны 13
2.3. Выбор и обоснование компоновочной схемы антенны 13
Раздел 3. Проектирование дипольного облучателя с рефлектором 15
3.1. Расчет и моделирование антенны 15
3.1.1. Основные геометрические параметры параболического зеркала 15
3.1.2. Выбор функции амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала 16
3.1.3. Расчет размеров раскрыва 18
3.1.4. Расчет диаграммы направленности облучателя 19
3.1.5. Проектирование облучателя 21
3.1.6. Расчет реального распределения поля и ДН зеркала 22
3.1.7. Расчет основных параметров антенны 26
Раздел 4. Разработка конструкции антенны в целом 28
4.1. Расчет конструкции антенны 28
4.2. Схемно-конструкторские ограничения 30
4.3. Выбор фидерного тракта 31
4.4. Согласование фидерного тракта с нагрузкой 31
4.3. Изготовление 32
Раздел 5. Моделирование облучателя в СПАР “Microwave Studio” 35
5.1. Краткий обзор пакета CST Studio Suite 35
5.2. Краткий обзор основных модулей CST Studio Suite 35
5.3. Моделирование облучателя 36
Раздел 6. Вопросы конструктивной реализации антенны 51
6.1. Нормируемые технические параметры 51
6.2. Условия эксплуатации 53
6.2.1. Теоретические вопросы эксплуатации антенных систем 53
6.2.2. Техническое обслуживание 54
6.2.3. Монтаж, юстировка антенной системы 55
Раздел 7. Экономический раздел. Технико-экономическое обоснование 58
7.1. Обоснование целесообразности разработки 58
7.2. Расчет себестоимости разработки 60
7.2.1. Расчет затрат на заработную плату 60
7.2.2. Расчет затрат на проектирование и разработку 61
7.2.3. Затраты на изготовление опытного образца 63
Раздел 8. Раздел по охране труда и технике безопасности 69
Заключение 71
Список литературных источников 73
ПРИЛОЖЕНИЯ 80

Заключение

Квалифицированный специалист, работающий в области телекоммуникационных технологий, обязан, в процессе обучения усвоить основы теории антенн, их характеристики и параметры, что продемонстрировано в результате подготовки данной дипломной работы.
В результате подготовки дипломной работы были показаны навыки и умения в области поиска информации, расчета и обоснованного выбора основных характеристик антенного устройства, а также конструкторско-эксплуатационного и технико-экономического обоснования разрабатываемой антенны.
В заключение следует отметить высокий технический уровень современных разработок в области техники и технологии антенн и СВЧ устройств.
Однако можно сказать, что в настоящее время техника антенн и устройств СВЧ достигла определенного уровня зрелости. Из последних научных данных можно сделать вывод, что развитие ее не идет по пути создания принципиально новых типов антенн и элементов тракта, а в основном по пути улучшения электрических характеристик, совершенствования конструкций и технологии производства и расширения областей применения, в частности в результате освоения диапазона миллиметровых и субмиллиметровых волн. Поэтому усиливается научно-технический уровень знаний и разработок в области техники и технологии антенн и СВЧ устройств, но в тоже время уточняются стандарты и ужесточаются требования к качеству изделий.
В последнее время в процесс проектирования антенн активно внедряются различные системы САПР, которые существенно повысили уровень квалификационных знаний инженеров. Такие пакеты, как HFSS, CST, MWO, ADS, FEKO и др. являются незаменимым средством инженерного образования. Несмотря на высокую стоимость упомянутых программ, они значительно ускоряют процесс проектирования и конструирования, а также повышают результативность инженерных расчетов, поэтому затраты на программное обеспечение оправданны и окупаемы.

Список литературных источников

1. Воскресенский Д.И., Максимов В.М. Развитие антенных систем. //Изв. Вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника. - 1987. №2. – с. 4-15.
2. Пудовкин, А.П. Основы теории антенн: учебное пособие / А.П. Пудовкин, Ю.Н. Панасюк, А.А. Иванков. – Тамбов : Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2011. – 92 с.
3. Драбкин А.Л. Антенно-фидерные устройства. Изд. 2-е, доп. И переработ. М.: Сов. Радио, 1974, 536 с.
4. Фрадин А.З. Антенны сверхвысоких частот. М.: Сов. Радио, 1957, 652 с.
5. Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1975.
6. Радиотехнические системы: учебник для студ. Высш. Учеб. Заведений / [Ю.М. Казаринов и др.]; под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 592 с.
7. Крячко, А. Ф. Информационный подход к обработке сигналов поляриметрических систем / Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского // Известия вузов. Приборостроение. - 2003. - Т. 46, N 12. - С. 3-7
8. Хижняк Н.А. Интегральные уравнения макроскопической электродинамики. Киев: Наукова думка, 1986, 279 с.
9. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.Ф., Птехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. – М.: Сов. Радио, 1966. – 440 с.
10. Нарбут В.П., Хмель В.Ф. Поляризация излучения зеркальных антенн.- Киев. Вища школа, 1978.
11. Боровиков В.А., Кинбер Б.Е. Геометрическая теория дифракции. - М.Связь, 1978
12. Поздняк С.И., Мелитицкий В.А. Введение в статическую теорию поляризации радиоволн. . – М.: Сов. Радио, 1974. – 480 с.
13. Шишулин Д.Н. Исследование влияния вибраций на параболическую антенну в ANSYS // Надежность и качество: сб. тр. Междунар. симп. Т. 1. – Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2013. – С. 146-148.
14. Якимов А. Н. Проектирование микроволновых антенн с учетом внешних воздействий: монография / А. Н. Якимов. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. – 206 с.
15. Абжирко Н.Н. Влияние вибраций на характеристики радиолокационных антенн/ Н. Н. Абжирко. –. М.: Сов. радио, 1974. – 168 с.
16. Талибов Н.А. Оценка влияния деформации волноводно-щелевой антенны на ее диаграмму направленности/ Н.А.Талибов, А.Н. Якимов// Надежность и качество: сб. тр. Междунар. симп. Т. 2. – Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2008. – С. 146-148.
17. Шишулин Д.Н., Якимов А. Н. Моделирование влияния вибрационных воздействий на излучение параболической антенны// Надежность и качество: сб. тр. Междунар. симп. Т. 1. – Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2012. – С. 146-148.
18. Сарсикеев Е.Ж., Ляпунов Д.Ю., Бобихов Р.С., Петрусёв А.С. ВИЗУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ РЕФЛЕКТОРА ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ СВЯЗИ В ПРОГРАММНОМ ПАКЕТЕ COMSOL MULTIPHYSICS // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3; URL: www.science-education.ru/117-13668
19. Захарьев Л.Н., Леманский А.А., Турчин В.И. и др. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. Под редакцией Н.М.Цейтлина. - М., Радио и связь, 1985, 114 с.
20. Сканирующие антенные системы СВЧ.: Пер с англ./ Под ред. Р. Хансена. - М.: Сов. радио, 1966-1970.-Т.1-3.
21. Кюн Р. Микроволновые антенны. – М.: Судостроение, 1967.
22. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. – М.: Связь, 1977.- Т.1,2. – 381 с.
23. Бахрах Л. Д., Галимов Г. К. Зеркальные сканирующие антенны. – М.: Наука, 1981.
24. Расчет антенн СВЧ. Пособие к курсовому проектированию/Под ред. Д.И. Воскресенского. – М.:МАИ, 1973. – Ч.II.
25. А.И. Ардабьевский, В.Г. Воропаева, К.И. Гринева. Пособие по расчету антенн сверхвысоких частот. - М.: Оборонгиз, 1957, 71 с.
26. Цейтлин Н. М. Антенная техника и радиоастрономия. – М.: Сов. радио, 1976.
27. Гурбанязов М. А., Козлов А. Н., Тарасов Б. В. Современные проблемы построения зеркальных антенн. – А.: Ылым, 1992.
28. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств/М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор, Р.М. Терещук. – 2е изд. – К.: Высшая школа, Головное изд-во, 1988. – 472 с.
29. Семенихин А. И., Стаканов С.Н., Петренко В.В. Проектирование зеркальных антенн с помощью пакета MATHCAD// Таганрог: ТРТУ, 1998. 32 с.
30. Кочегаров И.И. Информационные технологии проектирования РЭС: учебное пособие/ И.И. Кочегаров.–Пенза: Изд. Пенз гос. ун-та, 2007.–96 с.
31. Информационные технологии проектирования РЭС. Единое информационное пространство предприятия : учеб. пособие / В. Б. Алмаметов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. – 108 с.
32. http://www.findpatent.ru/patent/226/2262117.html
33. http://ru-patent.info/21/75-79/2179321.html
34. Вуд П. Анализ и проектирование зеркальных антенн/ Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1984.
35. Гирич С.В., Пономарев И.Н. О широкополосных свойствах антенн на основе щелевых линий передачи // Электродинамика и техника СВЧ и КВЧ, 1993. - №3. – с.19-23.
36. Диняева Н.С. Конструирование механизмов антенн: учебное пособие. – М.: МАИ, 2002г. – 340с.: ил.
37. Ацюковский В.А. Начала эфиродинамического естествознания. Книга 2. Методология эфиродинамики, свойства эфира и строение вещества. – М.: Петит, 2009. – 396 с.
38. Бобков В., Званцугов Н. Системы наведения антенн ООО «Технологии Радиосвязи» // Первая миля. – 2010. - №2. – С. 42–45.
39. Моделирование антенн и элементов тракта: Учебно-методическое пособие для выполнения курсовых и самостоятельных работ по учебным курсам «Устройства СВЧ и антенны» и «Антенно-фидерные устройства». / Под ред. Шишакова К. В. – Ижевск : ИжГТУ, 2009. – 127 с.
40. Проектирование антенных устройств СВЧ / И.П. Заикин, А.В. Тоцкий, С.К. Абрамов, В.В. Лукин. – Учеб. пособие. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2005. – 107 с.
41. Шкуркин М.С., Малай И.М. ОСОБЕННОСТИ МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АНТЕННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ// ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико технических и радиотехнических измерений»// http://www.trimcom.ru/sem-2015/osob.pdf
42. Миньков С.Л. Технико-экономическое обоснование выполнения проекта: методическое пособие / С.Л. Миньков. – Томск: ТУСУР, 2014. – 30 с.
43. Официальный сайт корпорации Comsol. URL: http://www.comsol.com
44. Danko Antolovic. Radiolocation in Ubiquitous Wireless Communication. – New York: Springer Science+Business Media, 2010. – 195 p.
45. Венцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М., «Наука», 1991.
46. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. – СПб.: Политехника, 2005.