Линейная антенная решетка

Оглавление
Введение
1 Анализ технического задания
2. Расчетная часть
2.1 Расчет диаграммы направленности одиночного излучателя
2.2 Выбор амплитудного распределения и числа элементов ФАР
2.3 Предельно допустимая мощность в излучателе, его анализ на пробой
2.4 Расчет диаграммы направленности решетки в режиме нормального излучения
2.5 Коэффициент усиления антенны
2.6 Расчет диаграммы направленности решетки в режиме сканирования
2.7 Оценка широкополосности антенны
3 Схема питания
4 Конструкция излучателя и ее описание
Заключение
Список использованных источников
Приложени А – Расчет в программе

Для обеспечения заданного направления на главный максимум ДН множителя решетки разность фаз между соседними элементами ФАР должна быть вычислена в соответствии с выражением: .
Углом сканирования буду называть отклонение главного максимума ДН от первоначального положения при и , т.е. .
Сектором сканирования буду считать тот диапазон углов, в пределах которого уровень главного лепестка не меньше уровня 0.707 нормированной ДН одиночного излучателя. При этом недопустимо проникновение производных дифракционных лепестков, если их уровень превышает УБЛ.
При и, соответственно, диаграмма направленности антенны выглядит, как показано на рис. 15.
Рисунок 15 ДН решетки в декартовой СК. H-плоскость. Сдвиг фаз
– диаграмма направленности множителя решетки
– диаграмма направленности 1-го излучателя
– диаграмма направленности всей антенны
Сектор сканирования
Вид диаграммы в полярной системе координат изображен на рис. 16
Ширина диаграммы направленности по уровню 0.5 мощности
()
По диаграмме направленности на рис.15 оценю уровень боковых лепестков. Высота наибольшего из боковых лепестков – 0.09, при этом .
,
что удовлетворяет требованию технического задания. Для осуществления сканирования в полученном секторе необходима регулировка фазы между токами соседних излучателей в достаточно широких пределах или рад.
2.7 Оценка широкополосности антенны
На частотные свойства ФАР в основном влияют диапазонные свойства излучающего раскрыва, способ управления фазой, тип делителя мощности, а также характер излучаемого сигнала. Предположу, что рабочая полоса частот фазовращателей и направленных ответвителей не меньше полосы частот решетки.
Рабочая полоса частот вибраторной ФАР зависит от электрической толщины вибраторов, периода и размеров решетки, а также от сектора сканирования. Поскольку учет всех факторов чрезвычайно трудоемок, то ограничусь оценкой полосы по уровню снижения усиления до 0.9 максимума. В этом случае относительная рабочая полоса частот вибраторной ФАР составляет около от центральной частоты (в случае проектируемой антенны – f=1.5ГГц). С учетом толщины излучателя (тонкий излучатель) полосу частот можно уточнить: в этом случае она составляет от центральной частоты. Если для защиты узла возбуждения излучателя от неблагоприятных воздействий внеш. среды использовать герметизирующий кожух длиной0.4см, то рабочую полосу частот можно расширить до значений 10% (1.35..1.65 ГГц).
Следует упомянуть, что поскольку сектор сканирования, рассмотренный ранее, рассчитывался в предельном случае (появление дифракционных лепестков уже было заметно), то говорить о работе в ненастроенном режиме при таком отклонении луча от нормали не приходится. Для работы в диапазоне частот следует задаваться более узким сектором сканирования, в пределах которого остальные параметры антенны будут оставаться приемлемыми.
3 Схема питания
Техническое задание не содержит конкретных требований к схеме питания и согласованию, поэтому ограничусь общими соображениями.
Питание антенны можно выполнить с помощью распределителя закрытого тракта. Из различных типов решений наиболее подходящим является комбинированная схема питания. В этой схеме разделение мощности производится с помощью направленных ответвителей последовательно, а управляемые фазовращатели включены по параллельной схеме (см рис. 17).
Преимуществом такой схемы является возможность осуществления требуемой амплитудной характеристики с помощью соответствующего выбора коэффициентов связи направленных ответвителей, а также осуществление установки луча в среднее положение сектора качания с помощью компенсирующих отрезков линий. Кроме того подобная фидерная система поглощает отраженную волну и обеспечивает развязку излучателей. Волны, отраженные от излучателей, проходят на вход антенны или поглощаются в нагрузках направленных ответвителей, но не переизлучаются.
Учитывая длину волны в фидере , для соединения устройств фидерного тракта можно порекомендовать отрезки коаксиальных линий, и, т. к. в задании нет требований к согласованию, то конкретное волновое сопротивление и тип фидера в данной работе уточняться не будут. Из соображения хорошего сопряжения с соединительными линиями для поворота фазы можно выбрать коаксиальные ферритовые фазовращатели.

4 Конструкция излучателя и ее описание
Конструкция излучателя решетки показана на с. 21 данной работы.
Излучатель представляет собой тонкий цилиндрический симметричный вибратор диаметром 2a=0.02*λ=0.4см. Для защиты от внешних метеоусловий узел возбуждения закрывается герметизирующим кожухом 3. Через коаксиальный разъем 6 излучатель связан с фидерным трактом. Для симметрирования возбуждения плеч излучателя 1 и 2 служит четвертьволновая щель 4. Для получения однонаправленного излучения используется экран 5. На рис. 18 проиллюстрировано возбуждение излучателя при помощи двух продольных четвертьволновых щелей, прорезанных во внешнем проводнике коаксиального волновода.
Рисунок18 - Способ питания излучателя жесткой коаксиальной линией
Перемычка закорачивает -волну коаксиального волновода, и текущий по ней ток возбуждает волны высших типов, в первую очередь волну в коаксиальном волноводе. Хотя волна этого типа не может распространяться, ее появление сопровождается возникновением местных поперечных токов. Эти токи пересекают щели во внешнем проводнике и, таким образом, возбуждают внешнее пространство. Наиболее интенсивное возбуждение вибратора имеет место при резонансной длине щелей .
Заключение
В процессе выполнения данной курсовой работы была рассчитана фазированная антенная решетка вибраторных излучателей со следующими параметрами:
Передаваемая мощность ……………………………………….….. 5Вт
Длина волны ……………………………………………………….. 20см
Сектор сканирования ………………………………………………
– В режиме нормального излучения
Ширина ДН по уровню половины мощности
- в плоскости Н ……………………………………….….
- в плоскости Е ……………………………...………..….
Уровень боковых лепестков ………………………………… -20 дБ
– В режиме наклонного излучения
Ширина ДН по уровню половины мощности
- в плоскости Н ……………………………………….….
Уровень боковых лепестков ………………………………… -18 дБ
Рабочая полоса частот ....…… …………….. 10
, ГГц ………………………………. 1.35..1.65
Коэффициент усиления ...…………… ……………... 58.3 (17.7дБ)
Коэффициент использования поверхности раскрыва .……………. 0.947
Нельзя не отметить тот факт, что данная работа не имеет практической ценности для реального конструирования. Математическая модель базируется на множестве упрощений и допущений, вследствие чего не может считаться достоверной. Характеристики имеют приближенный характер, но тем не менее хорошо отражают сущность явлений и процессов, имеющих место в рассмотренном типе антенны, а именно в ФАР вибраторных излучателей.
Список использованных источников
1. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред. Д.И. Воскресенского.–М.: Радио и связь, 1994.
2. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств.
–М.–Л.: Энергия, 1966.
3. Драбкин А.Л. и др. Антенно-фидерные устройства. Изд. 2-е, перераб. и доп.
–М.: Сов. радио, 1974.
4. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. –М.: Высш. шк., 1988.
5. Коротковолновые антенны / Под. ред. Г.З. Айзенберга. –2-е, перераб. и доп.
–М.: Радио и связь, 1985.
6. Конспект лекций по курсу "Антенны и устройства СВЧ"
Приложени А – Расчет в программе
29
2
a

=
Рисунок 17 - Комбинированная схема питания ФАР
КСУИ.010347.001 РФ Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата
Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата
Изм. Лист № док Подпись Дата Разраб. Пояснительная записка
Литера Лист Листов Пров. 3 79 Н. контр. Утв