Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА АНТЕННЫ С КРУГОВОЙ ДИАГРАММОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ
|
ВВЕДЕНИЕ 7
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 9
2 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
3 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 12
4 РАСЧЁТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 33
4.1 Обзор программ СВЧ-моделирования 33
4.2 Выбор САПР для моделирования и обоснование выбора 36
4.3 Описание физической модели антенны 37
4.4 Описание математической модели антенны 43
4.5 Численное моделирование антенны 50
4.6 Анализ полученных результатов 61
5 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 62
5.1 Разработка конструкции антенны 62
5.2 Изготовления рабочего макета антенны 71
6 ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫ 73
6.1 Описание измерительного оборудования 73
6.2 Измерение характеристик макета антенны 77
6.3 Анализ измеренных характеристик антенны 86
7 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРА НА КОНСТРУКЦИЮ АНТЕННЫ 87
7.1 Моделирование и расчёт ветровой нагрузки на антенну 87
7.2 Моделирование деформации антенны при воздействии ветровой нагрузки 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 98
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 99
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 104
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 9
2 ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 11
3 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 12
4 РАСЧЁТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 33
4.1 Обзор программ СВЧ-моделирования 33
4.2 Выбор САПР для моделирования и обоснование выбора 36
4.3 Описание физической модели антенны 37
4.4 Описание математической модели антенны 43
4.5 Численное моделирование антенны 50
4.6 Анализ полученных результатов 61
5 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 62
5.1 Разработка конструкции антенны 62
5.2 Изготовления рабочего макета антенны 71
6 ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫ 73
6.1 Описание измерительного оборудования 73
6.2 Измерение характеристик макета антенны 77
6.3 Анализ измеренных характеристик антенны 86
7 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРА НА КОНСТРУКЦИЮ АНТЕННЫ 87
7.1 Моделирование и расчёт ветровой нагрузки на антенну 87
7.2 Моделирование деформации антенны при воздействии ветровой нагрузки 95
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 98
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 99
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 104
Приложения должны быть в работе, но в данный момент отсутствуют
В данной работе разработана четырёх-вибраторная антенна с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости с горизонтальной поляризацией поля излучения. Антенна может быть использована для измерения линии курса и глиссады, формируемой курсовым радиомаяком (КРМ) и глиссадным радиомаяком (ГРМ) системы посадки самолётов формата ПРМГ. КРМ и ГРМ формата ПРМГ излучают электромагнитные волны горизонтальной поляризации. Поэтому разрабатываемая антенна имеет так же горизонтальную поляризацию.
Четырёх-вибраторная антенна обладает достаточно компактными размерами (диаметр кольца 73 мм), что позволяет её устанавливать на квадрокоптер. Установив такую антенну на квадрокоптер и обеспечив канал передачи данных, можно измерять линии курса и глиссаду.
Следует выделить несколько этапов разработки четырёх-вибраторной антенны: расчёт основных размеров антенны, моделирование антенны в программном пакете ANSYS HFSS, создание конструкции антенны в программной среде Autodesk Inventor, моделирование ветровой нагрузки на антенну в программном пакете ANSYS Fluent, а также экспериментальное измерение характеристик антенны.
Расчёт основных размеров антенны включает в себя : расчёт длины каждого из вибраторов, составляющих кольцо с «крестовиной»; расчёт размеров четвертьволнового трансформатора, обеспечивающего «плавный» переход между волновым сопротивлением на входе антенны с волновым сопротивлением четырёх параллельно соединённых кабелей .
Моделирование антенны в программном пакете HFSS включает в себя создание физической модели разрабатываемой антенны с учётом ранее рассчитанных основных размеров антенны. На данном этапе формируется полноценная краевая задача: создается физическая модель антенны, задаются начальные и граничные условия задачи, задаются настройки разбиения области решения на конечные элементы. Данный программный пакет использует частотный метод конечных элементов, что позволяет ему успешно решать стационарные задачи.
Конструкция разрабатываемой антенны создаётся в программном пакете Autodesk Inventor. В данном разделе формируется полноценная конструкция антенны, а также конструкторская документация на неё. Вначале создаются отдельные детали, далее они объединяются в сборку путём их соединения с помощью различных крепёжных элементов: пайки, клейки, болтовые соединения и др. На выходе имеем конструкторскую документацию в виде сборочного чертежа четырёх-вибраторной антенны.
Последним этапом является моделирование воздействия ветровой нагрузки на разработанную антенну. Моделирование проводилось в программном пакете ANSYS Fluent. Полученные результаты показали, что конструкция четырёх-вибраторной антенны выдерживает ветровые нагрузки - 50 м/с без серьёзного искажения конструкции.
Четырёх-вибраторная антенна обладает достаточно компактными размерами (диаметр кольца 73 мм), что позволяет её устанавливать на квадрокоптер. Установив такую антенну на квадрокоптер и обеспечив канал передачи данных, можно измерять линии курса и глиссаду.
Следует выделить несколько этапов разработки четырёх-вибраторной антенны: расчёт основных размеров антенны, моделирование антенны в программном пакете ANSYS HFSS, создание конструкции антенны в программной среде Autodesk Inventor, моделирование ветровой нагрузки на антенну в программном пакете ANSYS Fluent, а также экспериментальное измерение характеристик антенны.
Расчёт основных размеров антенны включает в себя : расчёт длины каждого из вибраторов, составляющих кольцо с «крестовиной»; расчёт размеров четвертьволнового трансформатора, обеспечивающего «плавный» переход между волновым сопротивлением на входе антенны с волновым сопротивлением четырёх параллельно соединённых кабелей .
Моделирование антенны в программном пакете HFSS включает в себя создание физической модели разрабатываемой антенны с учётом ранее рассчитанных основных размеров антенны. На данном этапе формируется полноценная краевая задача: создается физическая модель антенны, задаются начальные и граничные условия задачи, задаются настройки разбиения области решения на конечные элементы. Данный программный пакет использует частотный метод конечных элементов, что позволяет ему успешно решать стационарные задачи.
Конструкция разрабатываемой антенны создаётся в программном пакете Autodesk Inventor. В данном разделе формируется полноценная конструкция антенны, а также конструкторская документация на неё. Вначале создаются отдельные детали, далее они объединяются в сборку путём их соединения с помощью различных крепёжных элементов: пайки, клейки, болтовые соединения и др. На выходе имеем конструкторскую документацию в виде сборочного чертежа четырёх-вибраторной антенны.
Последним этапом является моделирование воздействия ветровой нагрузки на разработанную антенну. Моделирование проводилось в программном пакете ANSYS Fluent. Полученные результаты показали, что конструкция четырёх-вибраторной антенны выдерживает ветровые нагрузки - 50 м/с без серьёзного искажения конструкции.
В настоящей выпускной квалификационной работе разработана антенна с круговой диаграммой направленности с горизонтальной поляризацией поля излучения. Антенна представляет собой кольцевую антенную решётку из четырёх полуволновых вибраторов. Небольшие габариты, небольшая парусность, круговая ДН в горизонтальной плоскости позволяют использовать разработанную антенну в качестве измерительной антенны, которую, например, можно устанавливать на квадрокоптер. То есть с помощью данной антенны можно проводить измерение характеристик различных радиотехнических комплексов, например, радиомаячных систем посадки самолётов формата ПРМГ.
Поставленная цель работы разработка конструкции, сборка характеристик, расчёт ветровых нагрузок . Работа выполнялась поэтапно.
На первом этапе проведён обзор литературы и анализ состояния вопроса. Изучено и приведено несколько патентов и статей с антеннами, обладающими круговой диаграммой направленности с горизонтальной поляризацией поля излучения. После анализа приведённых материалов сформулирован вывод, что все антенны, имеющие круговую диаграмму направленности, имеют электрически-большие размеры и обладают значительной парусностью, что препятствует их использованию на портативных летательных аппаратах, например, квадрокоптерах.
На втором этапе проведено моделирование антенны в программном пакете ANSYS HFSS. В результате этого получена физическая модель четырёхвибраторной антенны, а также основные характеристики антенны: ДН в горизонтальной и вертикальной плоскостях; КСВН, КНД в рабочей полосе частот.
На третьем этапе разработана конструкция антенны в программном пакете Autodesk Inventor. Конструкция представляет собой сборку из отдельных деталей, является простой. Разработан сборочный чертёж антенны и спецификация. Детали крепления являются съёмными и могут быть заменены другими под определенный тип крепления. Также обтекатель может быть заменён на другой - более подходящий в конкретных условиях использования. Конструкция имеет малые габариты и вес, что является положительным моментом.
На четвёртом этапе изготовлен макет антенны, измерены его характеристики: ДН в горизонтальной и вертикальной плоскостях, КСВН в рабочей полосе частот. Измеренные характеристики сравнены с характеристиками, смоделированными в HFSS.
На пятом этапе рассчитано и смоделировано воздействие ветровой нагрузки со скоростью 50 м/с при нижней и верхней температурах климатического исполнения УХЛ 1. Результаты моделирования показали, что воздействие такого ветрового потока на разработанную конструкцию антенны не вызывает значительных деформаций в антенне и не влияет на работу антенны. То есть конструкция антенны обладает достаточно высокой обтекаемостью.
Таким образом, цель и задачи исследования выполнены в полном объёме. ВКР включает в себя цикл этапов, начиная от идеи и заканчивая реализацией в виде чертежей и рабочего макета антенны.
Разработана антенна в виде кольцевой антенной решётки из четырёх полуволновых вибраторов, формирующая круговую ДН с горизонтальной поляризацией поля излучения. ТЗ на ВКР выполнено в полном объёме.
Поставленная цель работы разработка конструкции, сборка характеристик, расчёт ветровых нагрузок . Работа выполнялась поэтапно.
На первом этапе проведён обзор литературы и анализ состояния вопроса. Изучено и приведено несколько патентов и статей с антеннами, обладающими круговой диаграммой направленности с горизонтальной поляризацией поля излучения. После анализа приведённых материалов сформулирован вывод, что все антенны, имеющие круговую диаграмму направленности, имеют электрически-большие размеры и обладают значительной парусностью, что препятствует их использованию на портативных летательных аппаратах, например, квадрокоптерах.
На втором этапе проведено моделирование антенны в программном пакете ANSYS HFSS. В результате этого получена физическая модель четырёхвибраторной антенны, а также основные характеристики антенны: ДН в горизонтальной и вертикальной плоскостях; КСВН, КНД в рабочей полосе частот.
На третьем этапе разработана конструкция антенны в программном пакете Autodesk Inventor. Конструкция представляет собой сборку из отдельных деталей, является простой. Разработан сборочный чертёж антенны и спецификация. Детали крепления являются съёмными и могут быть заменены другими под определенный тип крепления. Также обтекатель может быть заменён на другой - более подходящий в конкретных условиях использования. Конструкция имеет малые габариты и вес, что является положительным моментом.
На четвёртом этапе изготовлен макет антенны, измерены его характеристики: ДН в горизонтальной и вертикальной плоскостях, КСВН в рабочей полосе частот. Измеренные характеристики сравнены с характеристиками, смоделированными в HFSS.
На пятом этапе рассчитано и смоделировано воздействие ветровой нагрузки со скоростью 50 м/с при нижней и верхней температурах климатического исполнения УХЛ 1. Результаты моделирования показали, что воздействие такого ветрового потока на разработанную конструкцию антенны не вызывает значительных деформаций в антенне и не влияет на работу антенны. То есть конструкция антенны обладает достаточно высокой обтекаемостью.
Таким образом, цель и задачи исследования выполнены в полном объёме. ВКР включает в себя цикл этапов, начиная от идеи и заканчивая реализацией в виде чертежей и рабочего макета антенны.
Разработана антенна в виде кольцевой антенной решётки из четырёх полуволновых вибраторов, формирующая круговую ДН с горизонтальной поляризацией поля излучения. ТЗ на ВКР выполнено в полном объёме.