Разработка пакета программ для расчета фазированной антенной решетки (стр. 6 из 15)
Взаимное сопротивление вычисляется функцией Zz в соответствии с (2.8). Как уже отмечалось выше, взаимное сопротивление между разными парами будет совпадать, если излучатели в этих парах расположены под одним углом и на одинаковом расстоянии. Поэтому рассчет проводится только между крайним излучателем (0; 0) и всеми остальными излучателями ФАР. Остальные элементы в матрице взаимных сопротивлений (2.12) заполняются из соответствия углов и расстояний.
Как уже отмечалось ранее, собственное входное сопротивление излучателя можно вычислить используя функцию расчета входного сопротивления излучателя в составе бесконечной периодической решетки. Для этого выбирается период решетки равный 5λ, при таком расстоянии взаимное сопротивление пренебрежимо мало по сравнения с собственным сопротивлением.
Входное сопротивление ФАР при двоично-этажной схеме питания (ZвхАРпаралл) и при последовательной схеме питания (ZвхАРпосл) вычисляется на основе пересчитанных на край кромки входных сопротивлений излучателей. Эти сопротивления, определяемые через формулу для длинных линиях
, (3.1)пересчитываются ко входу λ/4 трансформаторов. Трансформаторы располагаются на входе ФАР и предназначены для согласования сопротивления излучателей и волнового сопротивления линии питания ρл на центральной частоте f0. Поскольку согласование не является идеальным в полосе частот, в программе предусмотрен расчет КСВ и Г, характеризующие степень согласованности ФАР с линией питания.
Диаграмма направленности ФАР без учета взаимной связи рассчитывается по заданным параметрам амплитудного распределения и шага решетки по (2.24). Для учета взаимной связи при расчете множителя направленности АР по (2.23) используется комплексная амплитуда тока, рассчитанная по (2.16).
 |
Рис. 3.2 Блок – схема программы ФАР_вз_связь
Рис. 3.3 Блок – схема функции расчета входного сопртивления излучателя в составе бесконечной периодической структуры
Массив рассчитанных значений входного сопротивления излучателя в составе бесконечной периодической решетки и массив, составленый из исходных данных, сохраняется в файле данных в той же директории, что и программа. Файл имеет название DataZ_*_***_MHz.prn, где первое число * – относительная диэлектрическая проницаемость второго слоя подложки, второе число *** – значение частоты, на которой проводился расчет (например, DataZ_2.6_1680_MHz.prn).
3.3 Программа для характеристик ФАР в полосе частот
3.3.1 Описание применения
Программа, имеющая название ФАР_полоса.mcd,выполняет расчет характеристик плоской ФАР, выполненной из полосковых вибраторов или резонансных излучателей на многослойном диэлектрической подложке, с учетом и без учета взаимной связи между излучателями в полосе частот. В программе рассматривается два варианта схемы питания ФАР: последовательная и ддвоично-этажная («елочка»). Кроме того, в программе предусмотрена возможность расчета согласующих λ/4 трансформаторов и выбор типа согласования (задается переменной Type) либо по входному сопротивлению, полученному без учета (Type=0), либо по сопротивлению, полученному с учетом взаимной связи (Type=1).
Программа применяется после того, как был проведен расчет на фиксированных частот с помощью программы ФАР_вз_связь.mcd. Выходными данными программы являются:
· график КСВ, входного сопротивления при последовательной схеме питания в полосе частот;
· график КСВ, входного сопротивления при двоично-этажной схеме питания в полосе частот;
· диаграмма направленности ФАР с учетом и без учета взаимной связи, построенная при двух выбранных частотах;
· входное сопротивление одиночного излучателя в полосе частот;
Входными данными являются файлы (DataZ_*_***_MHz.prn), формируемые программой ФАР_вз_связь.mcd. Количество подключаеиых файлов должно быть не менее трех.
3.3.2 Методика испытаний
Объектом испытаний является файл с именем ФАР_полоса.mcd, который является программой для расчета полевых и импедансных характеристик ФАР в полосе частот. Целью испытаний является проверка точности работы программы на конкретной вычислительной установке. Во время испытаний следует проверить прохождение контрольного примера при решении задачи с различными входными параметрами. Испытания следует проводить на той же вычислительной установке, на которой планируется эксплуатация программы.
Для проведения испытаний нужно иметь:
· установленный математический пакет Mathcad 2001 или его более поздние версии;
· файл с именем ФАР_полоса.mcd;
· не менее трех файлов данных с общем именем DataZ_*_***_MHz.prn;
· таблицу тестовых результатов.
В качестве тестовой задачи выступает определение характеристик ФАР с параметрами, представленными в разделе 3.2.2. Исходными данными являются файлы данных с именами DataZ_2.6_1600_MHz.prn, DataZ_2.6_1680_MHz.prn, DataZ_2.6_1740_MHz.prn, которые должны находиться в той же директории, где расположен файл ФАР_полоса.mcd, тексты этих файлов приведены в приложении 1. В самой программе в таблице Frequencyнеобходимо ввести числовые значения 1600,1680,1740 в произвольном порядке, если в таблице есть другие значения, то их надо удалить. Кроме того, надо указать εdiel=2.6, Type=1.
В результате должна быть построена ДН, КСВ (рис. 4.9 , 4.10) и получены следующие числовые значения:
3.3.3 Руководство пользователя
Программа ФАР_полоса.mcd является дополнением к центральной программе пакета ФАР_вз_связь.mcdи выполняет расчет полевых и импедансных характеристик ФАР с учетом и без учета взаимной связи между излучателями в полосе частот.
Программа разработана в рамках математического пакета для инженерных расчетов Mathcad 2001 Professional. Требования к ресурсам вычислительной техники представлены в разделе 3.2.3 данной дипломной работы.
Для выполнения программы необходимо:
1. Загрузить математический пакет Mathcad 2001;
2. Открыть файл с именем ФАР_полоса, имеющий расширение mcd;
3. В разделе Исходные данные для расчета в таблице Frequencyнеобходимо ввести числовые значения не менее трех частот. В директории, где расположена программа ФАР_полоса, должны находиться файлы данных с именами, соответствующими введенным значениям частот (например, если в таблице были введены числа 1670,1680,1690, то должны быть файлы DataZ_2.6_1670_MHz.prn, DataZ_2.6_1680_MHz.prn, DataZ_2.6_1690_MHz.prn). Если таких файлов данных не существует, то необходимо перейти в программу ФАР_вз_связь и провести последовательно расчет на каждой из интересующих частот. Кроме того, следует ввести значение относительной диэлектрической проницаемости второго слоя подложки в поле εdiel. Это сделано для того, чтобы можно было проводить анализ характеристик ФАР при различных материалах подложки.
4. Для начала вычислений нужно нажать клавишу F9, если в установках не указано автоматическое вычисление. Ошибки, которые могут возникнуть на этом этапе – это отсутствие одного или нескольких подключаемых файлов данных. Проверьте в директории, где расположена программа ФАР_полоса, наличие всех файлов данных. Признаком начала вычислений служит мигающая лампочка курсора. Время вычислений незначительно (до 1 мин.)
5. По окончании расчетов (признаком окончания является возвращение обычной стрелки курсора) должны быть построены графики, выведены числовые значения, которые могут быть скопированы и через буфер обмена экспортированы в другие пакеты (например Word). Поскольку для построения графиков используется интерполяция расчетных точек, может возникнуть ситуация, когда интерполированный график выходит за границы физической реализуемости параметров (например, КСВ<1, Re(Zвх)<0). Для устранения этого явления рекомендуется дополнить количество расчетных точек, выполнив вычисления в программе ФАР_вз_связь на частоте, где происходит искажение величины.