Антенная решетка из рупорно-линзовых антенн с электрическим качанием луча (стр. 1 из 3)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра радиоуправления и связи

Реферат

по дисциплине “Антенны и устройства СВЧ”

на тему: АНТЕННАЯ РЕШЁТКА ИЗ РУПОРНО-ЛИНЗОВЫХ АНТЕНН С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ КАЧАНИЕМ ЛУЧА.

Выполнил:

Руководитель:

Рендакова В.Я.

Рязань 2003

Содержание

Введение

Анализ поставленной задачи

Расчёт одиночного излучателя

Расчёт длины и углов раствора рупора

Расчёт антенной решётки

Расчёт диаграммы направленности антенной решётки

Схема питания антенной решётки

Симметрирующая приставка

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее излучение и приём радиоволн, - неотъемлемая часть любой радиотехнической системы. Требования к техническим характеристикам антенн вытекают из назначения радиосистемы, условий размещения, режима работы, допустимых затрат и т.д. Реализуемость необходимых направленных свойств, помехозащищённости, частотных, энергетических и других характеристик антенн во многом зависят от рабочего диапазона волн. Широкое распространение в последнее время получили остронаправленные сканирующие антенны СВЧ диапазона. Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. [2]

Для обеспечения острой направленности антенны, высокой скорости перемещения антенного луча в пространстве, обзора весьма широкого сектора пространства применяют многоэлементные решётки излучателей с электрически управляемыми диаграммами направленности. Для формирования антенного луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и обеспечения возможности управления его положением, необходимо использовать двумерную (поверхностную) решётку излучателей.

На рис.1 показана структурная схема антенного устройства подобного типа.

антенна радиоволна радиотехническая система

Рис.1

Мощность с выхода передатчика поступает в распределительно-управляющее устройство. Здесь осуществляется деление мощности в нужной пропорции между излучателями решётки, а также обеспечивается создание требуемых фазовых сдвигов между токами в них. Для решения этих задач в распределительно-управляющих устройствах применяются делители мощности, фазовращатели, коммутаторы и другие элементы фидерного тракта. Формируемая решёткой диаграмма направленности зависит от диаграмм направленности отдельных излучателей, их взаимного расположения и числа. [3]

Анализ поставленной задачи

По техническому заданию на курсовую работу требуется спроектировать решётку из рупорно-линзовых антенн с электрическим качанием луча в Е-плоскости. В Н-плоскости требуется обеспечить синфазный режим.

В качестве одиночного излучателя используется пирамидальный рупор с ускоряющей линзой в раскрыве. Будем использовать металлопластинчатую линзу. Такая линза выполняется из параллельных металлических пластин, расположенных на расстоянии а одна от другой и образующих вогнутую поверхность. Вектор напряжённости электрического поля

должен быть параллелен пластинам. [4] Линза применяется для коррекции фазовых искажений в раскрыве рупора за счёт искусственного выравнивания длины пути, проходимого электромагнитной волной от вершины рупора до всех точек раскрыва.

Использование линзы позволяет достичь заданного КНД при гораздо меньшей длине рупора. Соответственно меньше становятся габариты и масса антенны.

Будем использовать следующую методику расчёта рупорно-линзового излучателя. По заданной рабочей частоте и мощности в антенне выберем возбуждающий волновод. По заданному коэффициенту усиления для одиночного излучателя найдём геометрические размеры рупора, рассчитаем профиль линзы и диаграмму направленности одиночного излучателя.

Как уже отмечалось, для получения острой направленности антенны и обеспечения сканирования пространства применяются антенные решётки. Заданные ширина диаграммы направленности и сектор сканирования являются исходными данными для расчёта. По этим значениям определяются расстояние между излучателями, количество излучателей, длина строки и столбца решётки, уровень боковых лепестков в диаграмме направленности антенны. Затем рассчитывается сама диаграмма направленности антенной решётки.

Расчёт одиночного излучателя

В качестве одиночного излучателя используется пирамидальный рупор с ускоряющей линзой в раскрыве (рис.2).

Рис.2

Поляризация горизонтальная, значит, вектор

будет лежать в горизонтальной плоскости.

1. Выбор размеров волновода.

Размеры поперечного сечения прямоугольного волновода

и выбираются из условия распространения в волноводе только основного типа волны Н₁₀:

Размер

должен удовлетворять условию и может быть выбран равным . [5] Этим требованиям удовлетворяет волновод Р-81. Он обладает полосой пропускания , внутренние размеры , толщина стенок 1.27мм, предельная мощность 1.77МВт. [6]

2. По заданному КУ находим КНД рупора:

Считаем

, т.е. мощность энергии, отдаваемой генератором в антенну, практически равняется мощности излучения антенны. Тогда ( ).

По заданному КНД находим площадь раскрыва рупора:

,

где

для рупоров с коррекцией фазы [6]

3. Находим стороны раскрыва рупора из соотношения

. Зададим значение из соображений, что сканирование осуществляется в плоскости Е, и, соответственно, ширина диаграммы направленности в этой плоскости должна быть достаточно широкой.

4. Тогда:

5.

Рассчитаем профиль линзы, найдём фокусное расстояние и ширину линзы (рис.3). Примем фокусное расстояние равным большей стороне линзы [6]:

Рис.3

Линза ускоряющая - коэффициент преломления

. Пусть . Расстояние между пластинами aнайдём из формулы

[4].

Получаем:

Профиль линзы задаётся формулой [6]:

(1)

Подставляя значения

и в (1) получаем для данного случая:

(2)

Считая в (2) y=a₁/2 найдём толщину линзы d.

Толщина линзы в плоскости Н будет другой.

Расчёт длины и углов раствора рупора

длина рупора в плоскости E:

длину рупора в плоскости Н считаем равной длине рупора в плоскости Е, т.е. R₂=R₁=23.3см

Находим углы раствора рупора:

6. Расчёт диаграммы направленности рупорно-линзового излучателя:

Поле в раскрыве синфазное, амплитудное распределение в раскрыве принимаем совпадающим с полем в поперечном сечении питающего волновода. Тогда диаграмма направленности будет рассчитываться по следующим формулам [5]:

- в Н плоскости;