Методические указания и рекомендации по выполнению и оформлению контрольной работы

Целью выполнения контрольной работы является проверка качества самостоятельного изучения курсантом вопросов теории дисциплины и его умения применять теоретические знания при решении практических задач авиационной радиоэлектроники.

Задания контрольной работывыдаются преподавателем каждому курсанту с указанием конкретного варианта, согласно перечню вариантов контрольной работы данного методического пособия.

В задании на контрольную работу выносится учебный материал по темам 2.1 – 2.6 дисциплины. Контрольные задания составлены в 30 вариантах, состоящих из двух теоретических вопросов и практической задачи.

При выполнению и оформлению отчета по контрольной работы необходимо придерживаться следующих правил:

· текст должен быть набран на компьютере посредством Microsoft Word и распечатан на одной стороне листа бумаги белого цвета на лазерном или струйном принтере с соблюдением следующих требований:

- формат бумаги А4 – (210 × 297 мм);

- ориентация – книжная;

- поля: верхнее и нижнее – 20 мм, правое – 15 мм, левое – 30 мм;

- гарнитура – Times New Roman;

- размер шрифта – 14;

- междустрочный интервал – полуторный;

· титульный лист контрольной работы оформляется в соответствии с образцом, приведенном в приложении А данного методического пособия;

· основные теоретические вопросы и практическая задача с исходными данными указанного варианта оформляются на первом листе отчета;

· обязательный графический материал оформляется в строгом соответствии с ЕСКД на листах на бумаге формата А4 в виде приложений;

· все листы должны быть пронумерованы, за исключением титульного листа контрольной работы (нумерация охватывает также формулы, чертежи, рисунки и графики);

· пояснительные чертежи, рисунки и графики выполняются аккуратно, разборчиво черными чернилами (шариковой ручкой) и должны быть подписаны;

· при выполнении чертежей и графиков необходимо обращать внимание на правильный выбор масштаба;

· графики и таблицы необходимо вставлять по тексту

конкретного вопроса и задачи контрольной работы;

· размерность вычисленных величин указать в стандартных единицах Международной системы единиц СИ;

· все необходимые математические расчеты при решении задачи должны выполняться до второй значащей цифры;

· в конце контрольной работы необходимо представить список использованных литературных источников составляется с обязательным указанием автора, полного наименования источника, издательства, года издания, полного количества страниц в издании.

Отчет по контрольной работе подписывает исполнитель с указанием даты его выполнения.

Качество выполнения контрольной работы оценивается отметкой «зачтено» или «не зачтено», и при условии не только положительных ответов на теоретические вопросы и правильности решения задачи, но и предоставления отчета в срок, указанный в учебном графике. Отметка за выполнение контрольной работы указывается преподавателем на титульном листе отчета по контрольной работе. При получении отметки «не зачтено» контрольная работа должна быть отправлена курсанту на доработку.

Задолженность по контрольной работе приравнивается к невыполнению курсантом учебного плана. Форма ее ликвидации устанавливается преподавателем, а срок согласуется с методистом отдела заочного обучения факультета гражданской авиации.

Варианты заданий контрольной работы

Вариант №1

Вопрос 1. Назначение передающей и приемной антенн. Преобразующие свойства антенны.

Вопрос 2. Методы, использующиеся при решении внутренней задачи для линейного симметричного вибратора. Выражение для функции, описывающей распределение тока в плечах симметричного вибратора.

Задача. Рассчитайте амплитуду напряженности электрического поля в точке наблюдения (Е), расположенной в дальней зоне передающей антенны в направлении главного максимума ее диаграммы направленности на расстоянии r = 100 км от антенны. Излучаемая антенной импульсная мощность равна P _Σ = 150 кВт, а максимальный коэффициент направленного действия антенны составляет D _max = 2000.

Вариант №2

Вопрос 1. Ближняя и дальняя зоны антенны. Основные свойства поля антенны в этих областях. Расстояние до ближней границы дальней зоны. Какие допущения делают при расчете значения напряженности электромагнитного поля антенны в дальней зоне?

Вопрос 2. Входное сопротивление линейного симметричного вибратора. Зависимость входного сопротивления вибратора от его длины и толщины. Выражение для определения входного сопротивления полуволнового симметричного вибратора.

Задача. Рассчитайте приближенное значение максимального коэффициента направленного действия антенны (D _max), у которой ширина главного лепестка ее диаграммы направленности по уровню половинной мощности в «Е» плоскости составляет = 2°, а в «Н» плоскости соответственно – = 3°.

Вариант №3

Вопрос 1. Направленные свойства передающей антенны. Векторная комплексная, амплитудная и нормированная диаграммы (характеристики) направленности антенны. Фазовая и поляризационная характеристики антенны. Коэффициент направленного действия передающей антенны.

Вопрос 2. Назначение, конструкция и принцип действия директорной антенны.

Задача. Рассчитайте максимальную мощность (Р _{н max}) в нагрузке приемной антенны, имеющей максимальный коэффициент усиления G _max = 5000, если на эту антенну с направления максимума ее диаграммы направленности падает плоская волна, плотность мощности которой составляет П = 100 мкВт/м². Антенна работает на рабочей длине волны λ = 3 см.

Вариант №4

Вопрос 1. Мощность, излучаема передающей антенной. Коэффициент полезного действия (КПД) и коэффициент усиления (КУ) передающей антенны. Выражения, определяющие связь между КУ, КНД и КПД передающей антенны.

Вопрос 2. Конструкции и принцип работы и способы возбуждения щелевых антенн. Характеристики излучения полуволновой щели, прорезанной в плоском бесконечном и идеально проводящем экране: поляризация излучения, параметры диаграммы направленности (ДН) в «Е» и «Н» плоскостях, форма пространственной ДН.

Задача. Две апертурные антенны работают на рабочей длине волны

λ = 10 см. Геометрическая площадь излучающего раскрыва первой антенны составляет S ₁ = 5 м², ее коэффициент использования площади (ξ _А1) и коэффициент полезного действия (η _А1) соответственно равны ξ _А1 = 1, 0 и η _А1 = 1, 0. Геометрическая площадь излучающего раскрыва второй антенны равна S ₂ = 10 м², ее ξ _А2 = 0, 7 и η _А2 = 0, 85. Определите коэффициенты усиления этих антенн (G _max1, G _max2) и сделайте соответствующие выводы по их практическому использованию.

Вариант №5

Вопрос 1. Диаграмма направленности, коэффициент направленного действия, коэффициент полезного действия и коэффициент усиления приемной антенны. Эффективная площадь, коэффициент использования площади и коэффициент эффективности антенны, работающей в режиме приема.

Вопрос 2. Назначение, конструкции, направленные свойства и способы питания многощелевых антенн.

Задача. Рассчитайте направление главного максимума (θ _m), ширину главного лепестка по половинной мощности (2θ _{0, 5}) нормированной диаграммы направленности и приближенное значение коэффициента направленного действия синфазных равновозбужденных прямолинейных антенн, имеющих различную длину L и работающих на различных рабочих длинах волн λ:

а) L = 3 м, λ = 1 м; б) L = 6 м, λ = 1 м; в) L = 3 см, λ = 1 см.

Вариант №6

Вопрос 1. Методика определенияшумовой температуры приемной антенны.

Вопрос 2. Устройство, принцип работы и общие свойства антенн бегущей волны (АБВ). Требования, предъявляемые к практическому использованию АБВ.

Задача. Полуволновой вибратор с радиусом проводника а = 1 мм работает на рабочей длине волны λ = 10 см. Определите длину плеча вибратора L' с учетом укорочения Δ L и его максимальный коэффициент направленного действия D _max.

Вариант №7

Вариант №11

Вопрос 1. Выражение для амплитудного и нормированного множителя системы синфазной прямолинейной антенны с косинусоидальным амплитудным распределением возбуждения. Изображение нормированного множителя системы данной антенны в прямоугольной как функции от приведенной угловой координаты ψ и полярной системах координат как функции от пространственного угла θ. Параметры нормированной диаграммы направленности данной антенны.

Вопрос 2. Н – плоскостная секториальная рупорная антенна. Амплитудно-фазовое распределение возбуждающего поля на излучающем раскрыве рупорной антенны, основные характеристики и параметры, определяющие ее направленные свойства в главных плоскостях. Оптимальные размеры рупорной антенны. Согласование входа рупорной антенны с питающим волноводом.

Задача. Ширина главного лепестка по уровню половинной мощности нормированной ДН синфазной прямолинейной антенны равна

= 20°. Определите волновой размер (L /λ), максимальный КНД (D _max), направление главного максимума () и уровень первых 2-х боковых лепестков () ДН этой антенны при косинусоидальном амплитудном распределении возбуждающего тока на ней.

Вариант №12

Вопрос 1. Выражение для амплитудного и нормированного множителя системы прямолинейной антенны с равномерным амплитудным и линейным фазовым распределением возбуждения. Изображение нормированного множителя системы данной антенны в прямоугольной системе координат как функции от приведенной угловой координаты ψ и в полярной системе координат как функции от пространственного угла θ. Параметры нормированной диаграммы направленности данной антенны.

Вопрос 2. Е – плоскостная секториальная рупорная антенна. Амплитудно-фазовое распределение возбуждающего поля на излучающем раскрыве рупорной антенны, основные характеристики и параметры, определяющие ее направленные свойства в главных плоскостях. Оптимальные размеры рупорной антенны. Согласование входа рупорной антенны с питающим волноводом.

Задача. Оцените (рассчитайте приближенные значения) ширину главного лепестка по уровню половинной мощности (), направление главного максимума (), уровень первых 3-х боковых лепестков ДН () и максимальный КНД (D _max) синфазных равномерно возбужденных прямолинейных антенн, имеющих следующие продольные размер L и работающих на разных длинах волн λ: L = 3 м, λ = 1 м; L = 6 м, λ = 2 м; L = 30 см, λ = 15 см;

L = 5 см, λ = 2 см.

Вариант №13

Вариант №16

Вопрос 1. Причина возникновения побочных главных максимумов в диаграмме направленности (ДН) антенных решеток. Выражения, определяющие количество и направления главных максимумов ДН линейной эквидистантной антенной решетки с равномерным амплитудным и линейным фазовым распределением возбуждения. Условие единственности главного максимума ДН для данной антенной решетки.

Вопрос 2. Назначение, устройство, принцип работы и классификация зеркальных антенн. Амплитудно-фазовое распределение возбуждения и основные характеристики и параметры, определяющие направленные свойства зеркальных антенн в главных плоскостях. Облучатели зеркальных антенн, требования предъявляемые к ним.

Задача. Рассчитайте мощность в нагрузке приемной антенны (Р _{н max}), имеющей максимальный коэффициент усиления равный G _max = 3000, если на эту антенну с направления максимума главного лепестка ДН падает плоская электромагнитная волна, плотность потока мощности которой составляет П = 120мкВт/м². Антенна работает на рабочей длине волны λ = 5 см.

Вариант №17

Вопрос 1. Метод эквивалентной линейной антенны (ЭЛА).

Вопрос 2. Назначение, конструкция и принцип работы зеркальной антенны в виде параболоида вращения (ПВ). Уравнение для профиля зеркала, соотношения геометрических параметров ПВ. Амплитудно-фазовое распределение возбуждающего поля на раскрыве ПВ и основные характеристики и параметры, определяющие его направленные свойства. Облучатели ПВ, требования предъявляемые к ним.

Задача. Длина директорной антенны равна L _А= 60 см. Длина ее активного полуволнового вибратора составляет 2 L _АВ= 10 см. Оцените максимальный коэффициент направленного действия (D _max) и ширину главного лепестка по половинной мощности () диаграммы направленности данной антенны. При решении задачи необходимо использовать экспериментальные графики зависимости А (L _А/λ) и В (L _А/λ), приведенные в приложении Б данного учебного пособия.

Вариант №18

Вопрос 1. Метод эквивалентного плоского раскрыва (ЭПР).

Вопрос 2. Назначение, конструкции, принцип работы и типы двухзеркальных антенн. Методы приближенного расчета. Поляризационные методы устранения затенения зеркала. Достоинства и недостатки практического использования данных антенн в гражданской авиации.

Задача. Прямолинейная антенна формирует в пространстве ДН, главный максимум которой направлен перпендикулярно оси антенны, ширина главного лепестка по уровню половинной мощности ДН антенны равна = 10°, а максимальный уровень боковых лепестков ДН антенны составляет = -25 дБ. Каковы амплитудное и фазовое распределения возбуждающего антенну тока, ее волновой размер (L /λ) и максимальный КНД (D _max)? При решении задачи используйте экспериментальные графики зависимости и приведенные в приложении В данного учебного пособия при значении коэффициента р = 1.

Вариант №19

1. Входное сопротивление передающей антенны. Основное свойство антенны, которое характеризуется одним из основных ее параметров - входным сопротивлением. Ухудшение характеристик и параметров, определяющих направленные свойства антенны, при рассогласования входа антенны с питающим ее фидером.

2. Назначение, состав, принцип работы и классификация фазированных антенных решеток (ФАР). Назначение, схемная реализация, принцип работы системы распределения мощности, системы фазирования и системы излучателей ФАР.

3. Рассчитайте приближенное значение максимального коэффициента направленного действия антенны, у которой ширина главного лепестка ее диаграммы направленности по уровню половинной мощности в «Е» -плоскости составляет 25°, а в «Н» -плоскости соответственно 25°.

Вариант №20

1. Мощность излучения и сопротивление излучения передающей антенны, Предельно допустимая мощность излучения (электрическая прочность) передающей антенны. Связь сопротивления излучения антенны с параметрами ее диаграммы направленности. Уравнение идеальной радиопередачи.

2. Принцип работы антенн с частотным сканированием диаграммы направленности (ДН). Углочастотная чувствительность антенны. Конструкции антенн (антенных решеток) с частотным сканированием ДН. Достоинства и недостатки антенн с частотным сканированием ДН.

3. Рассчитайте ширину главного лепестка диаграммы направленности и приближенное значение коэффициента направленного действия синфазных равновозбужденных непрерывных прямолинейных антенн, имеющих различную длину L и работающих на различных рабочих длинах волн λ:

а) L =5 м, λ =1 м; б) L =8 м, λ =2 м; в) L =6 см, λ =1 см.

Вариант №21

1. Частотные свойства и частотная характеристика антенны. Основные параметры, определяющие частотную характеристику антенны.

2. Назначение, устройство, принцип работы ускоряющих линзовых антенн. Выражение для геометрического профиля радиотехнической линзы такой антенны. Амплитудно-фазовое распределения возбуждающего поля на раскрыве радиотехнической линзы. Основные характеристики и параметры, определяющие направленные свойства ускоряющих линзовых антенн.

3. Оцените (рассчитайте приближенные значения) ширину главного лепестка по уровню половинной мощности, направление и уровень первых

(3-х) боковых лепестков ДН, и максимальный КНД синфазных равномерно возбужденных непрерывных прямолинейных антенн, имеющих различную продольную длину L и работающих на разных длинах волн λ:

L = 3 м, λ = 1 м; L = 6 м, λ = 2 м; L = 30 см, λ = 15 см; L = 5 см, λ = 2 см.

Вариант №22

1. Ток и ЭДС на входе приемной антенны. Мощность, отдаваемая приемной антенной в нагрузку.

2. Назначение, конструкция и принцип работы параболоцилиндрической антенны (ПЦА). Облучатели ПЦА. Амплитудно-фазовое распределение возбуждающего поля на раскрыве ПЦА. Поляризация излучения и диаграмма направленности ПЦА в плоскости профиля зеркала и в плоскости образующей. Оптимальное значение угла раскрыва ПЦА.

3. Ширина главного лепестка ДН по уровню половинной мощности синфазной непрерывной прямолинейной антенны равна 25°. Определите волновой размер и максимальный КНД этой антенны при косинусоидальном амплитудном распределении возбуждающего тока на ней.

Вариант №23

1. Теорема перемножения диаграмм направленности. Множитель системы, его физический смысл.

2. Назначение, состав, принцип работы и способы питания антенной решетки в виде многощелевой антенны.

3. Оцените (рассчитайте приближенные значения) ширину главного лепестка по уровню половинной мощности, направление главного максимума, уровень первых (2-3х) боковых лепестков ДН и максимальный КНД синфазной непрерывной прямолинейной антенны, имеющей волновой размер L /λ =20 при равномерном амплитудном распределении возбуждающего тока на ней.

Вариант №24

1. Выражение для множителя системы прямоугольного излучающего раскрыва с разделяющимся амплитудно-фазовым распределением возбуждающего поля в главных плоскостях. Методика расчета диаграммы направленности такого излучающего раскрыва.

2. Устройство, принцип работы и общие свойства антенн бегущей волны (АБВ). Требования, предъявляемые к АБВ.

3. Полуволновой вибратор с радиусом проводника 4, 5 мм работает на рабочей длине волны 30 см. Определите длину плеча вибратора с учетом укорочения и его максимальный коэффициент направленного действия.

Вариант №25

1. Выражение для множителя системы круглого излучающего раскрыва с разделяющимся амплитудно-фазовым распределением возбуждающего поля в главных плоскостях. Методика расчета диаграммы направленности такого излучающего раскрыва.

2. Назначение, конструкции, основные характеристики и параметры антенн бегущей волны (АБВ): диэлектрических стержневых, ребристо-стержневых стержневых и плоских линейных.

3. Оцените (рассчитайте приближенные значения) ширину главного лепестка по уровню половинной мощности, направление главного максимума, уровень первых (2-3х) боковых лепестков ДН и максимальный КНД синфазной непрерывной прямолинейной антенны, имеющей волновой размер L /λ =15 при равномерном амплитудном распределении возбуждающего тока на ней.

Вариант №26

1. Выражение для нормированного множителя системы линейной эквидистантной антенной решетки с равномерным амплитудным и линейным фазовым распределением возбуждения на излучателях. Практическое использование такого вида амплитудно-фазового распределения возбуждения для работы антенных решеток.

2. Конструкция и принцип работы регулярной цилиндрической спиральной антенны (ЦСА). Режимы работы ЦСА.

3. Рассчитайте приближенное значение максимального коэффициента направленного действия антенны, у которой ширина главного лепестка ее диаграммы направленности по уровню половинной мощности в «Е» -плоскости составляет 8°, а в «Н» -плоскости соответственно 16°.

Вариант №27

1. Внутренняя и внешняя задачи теории антенн. Основные характеристики и параметры антенны для решения внешней задачи.

2. Н –плоскостная секториальная рупорная антенна. Амплитудно-фазовое распределение возбуждающего поля на раскрыве рупора, основные характеристики и параметры, определяющие его направленные свойства в главных плоскостях. Оптимальные размеры рупора. Согласование входа рупорной антенны с питающим волноводом.

3. Длина директорной антенны равна 100 см. Длина ее активного вибратора

составляет 20 см. Оцените максимальный коэффициент направленного

действия и ширину главного лепестка диаграммы направленности данной

антенны по половинной мощности. При решении задачи необходимо

использовать соответствующие графики зависимости.

Вариант №28

1. Направленные свойства передающей антенны. Векторная комплексная, амплитудная и нормированная диаграммы (характеристики) направленности антенны. Фазовая и поляризационная характеристики антенны. Коэффициент направленного действия передающей антенны.

2. Методы, использующиеся при решении внутренней задачи для линейного симметричного вибратора. Выражение для функции, описывающей распределение тока в плечах симметричного вибратора.

3. Ширина главного лепестка ДН по уровню половинной мощности синфазной непрерывной прямолинейной антенны равна 5°. Определите волновой размер и максимальный КНД этой антенны при равномерном амплитудном распределении возбуждающего тока на ней.

Вариант №29

1. Принцип суперпозиции в электродинамике для определения поля излучения антенн. Элементарные источники излучения электромагнитных волн: элементарный электрический излучатель, элементарный магнитный излучатель, элементарный поверхностный излучатель.

2. Открытый конец прямоугольного волновода с основной волной. Амплитудно-фазовое распределение возбуждающего поля на раскрыве волновода, основные характеристики и параметры, определяющие его направленные свойства. Влияние фланцев на характеристики излучения открытого конца прямоугольного волновода.

3. Определите геометрические размеры (угол намотки, радиус цилиндра спирали, осевую длину и количество витков спирали) оптимальной цилиндрической спиральной антенны, работающей в режиме Т1 на длине волны 20 см. Оцените основные параметры диаграммы направленности ЦСА в главных плоскостях.

Вариант №30

1. Виды амплитудных и фазовых распределений возбуждающего поля (тока) на излучающих системах антенн.

2. Открытый конец круглого волновода с основной волной. Амплитудно-фазовое распределение возбуждающего поля на раскрыве волновода, основные характеристики и параметры, определяющие его направленные свойства. Влияние фланцев на характеристики излучения открытого конца круглого волновода.

3. Пирамидальный рупор длиной 20 см работает на рабочей длине волны 3 см. Определите оптимальные размеры раскрыва рупора, при которых

обеспечивается наибольшее значение максимального коэффициента

направленного действия (КНД). Вычислить значение КНД.

ВОПРОСЫ

ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ И ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АНТННЫ И УСТРОЙСТВА СВЧ»

Раздел 1: Антенны