Плоская антенная решетка с дискретным фазованием (стр. 1 из 4)
Министерство образования Российской Федерации
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СРЕДСТВ
РАДИОСВЯЗИ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Оценка работы
Члены комиссии
ПЛОСКАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА С ДИСКРЕТНЫМ ФАЗИРОВАНИЕМ
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Руководитель
Наймушин М.П.
Студент
Подкорытов А.П.
Группа Р-406
Екатеринбург 2006
содержание
Введение
задание на курсовую работу
1Расчет основных конструктивных элементов антенны и линий передач
1.1Выбор типа линий передач, расчет конструктивных и электрических параметров
1.2Расчет геометрических размеров решетки и числа излучателей
1.3Расчет параметров одиночного излучателя
1.4Выбор структуры и расчет геометрических размеров фазовращателя
1.5Расчет схемы питания
2Электрические характеристики антенны
2.1ДН одиночного элемента
2.2ДН ФАР
Заключение
Список литературы
Приложение 1. ДН одиночного излучателя
Приложение 2. ДН ФАР при нормальном положении луча
Приложение 3. ДН ФАР при максимальном отклонении луча
Приложение 4. Конструкция модуля фазовращателей
Фазированные антенные решетки – наиболее эффективные и перспективные антенные системы, позволяющие осуществлять быстрый обзор пространства в заданной области сканирования, многофункциональный режим работы, комплексирование радиосредств, адаптацию к конкретной радиообстановке, предварительную обработку СВЧ-сигналов, обеспечение электромагнитной совместимости и т.д. Такие антенны, представляют собой систему большого числа отдельных излучателей, фазы высокочастотного возбуждения которых регулируются независимо с помощью быстродействующих полупроводниковых или ферритовых фазовращателей. Управление фазовращателями осуществляется с помощью ЭВМ. Антенны типа ФАР позволяют получить узкую диаграмму направленности, произвести быстрое сканирование пространства, при этом не требуется ее механического поворота.
В диапазоне СВЧ АР обеспечивают остронаправленное излучение с шириной луча в единицы и доли градусов и коэффициент усиления, достигающий десятки и сотни тысяч. Эти направленные свойства позволили использовать антенну не только для излучения и приема радиоволн, но и для пеленгации (в радиолокации, навигации, радиоастрономии), борьбы с помехами, обеспечения скрытности работы и для других целей.
Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие АР. Сканирование позволяет осуществлять обзор окружающего пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. При механическом сканировании, которое выполняется вращением всей антенны, максимальная скорость движения луча в пространстве ограничена и при существующих в настоящее время скоростях летательных аппаратов оказывается недостаточной. Поэтому возникла необходимость в разработке новых типов антенн, удовлетворяющих более высоким требованиям. Однако, следует упомянуть о том, что переход от механического сканирования к электрическому приводит к усложнению конструкции антенны, связанному с применением ФАР. Например, одна зеркальная антенна замещается решеткой излучателей с фазовращателями и устройством управления. Наличие большого числа фазовращателей, увеличение протяженности тракта, использование делителей мощности и других элементов увеличивают тепловые потери в антенне и фазовые ошибки в ее раскрыве, что приводит к уменьшению коэффициента усиления антенны и росту стоимости. Поэтому переход к АР с электрическим сканированием целесообразен только в тех строго аргументированных случаях, когда механический способ сканирования не обеспечивает требуемых характеристик управления или необходимо одновременно сопровождать несколько целей в пространстве, или требуется адаптация к помеховой обстановке при наличии нескольких прицельных помех, а так же в ряде других случаев, требующих замены апертурной антенны решеткой излучателей.
ФАР классифицируются по расположению составляющих ее излучателей в пространстве (выпуклые – конические, сферические; плоские), размещения их в решетке (эквидистантные и неэквидистантные), способу возбуждения (пространственный и фидерный), а также типу применяемых излучателей (полосковый резонатор, круглый резонатор, полуволновый вибратор и др).
В данной курсовой работе производится расчет плоской эквидистантной ФАР с излучателями типа симметричный полуволновый вибратор, которая возбуждается коаксиальной линией питания (фидером). Принцип действия основан на синфазном сложении диаграмм направленности входящих в систему излучателей в направлении главного максимума ДН (полезное действие), а также в направлениях, которым соответствует пространственный фазовый сдвиг, компенсирующий сдвиг фазы между излучателями за счет возбуждения (паразитное действие). При этом ДН ФАР может быть определена как произведение ДН одиночного излучателя и множителя решетки.
Отклонение главного максимума ДН ФАР для сканирования пространства производится путем введения дополнительного сдвига фаз между антенными элементами при помощи фазовращателей.
задание на курсовую работу
Исходные данные:
Рабочая частота f, ГГц 8
Ширина диаграммы направленности в главных плоскостях по уровню –3дБ, град.:
Dqxz 12
Dqyz 6
Уровень боковых лепестков, d дБ 20
Максимальный угол отклонения Dqm, град. 25
Мощность передатчика в импульсе Р, кВт
Тип излучателя полосковый резонатор
Область сканирования конус
Выбрать и рассчитать:
· Параметр одиночного излучателя;
· Количество элементов и шаг решетки;
· Распределение возбуждения по элементам решетки;
· Схема питания и фазирования решетки;
· Линия передачи;
· Схема фазовращателя, тип диодов, основные конструктивные размеры фазовращателя;
· Диаграммы направленности в главных плоскостях для нормального и отклоненного луча;
· Алгоритм управления фазовращателями при заданной ориентации луча.
Вычертить:
· Топология или конструкция используемых фазовращателей с установленными диодами.
1 Расчет основных конструктивных элементов антенны и линий передач
1.1 Выбор типа линий передач, расчет конструктивных и электрических параметров
В качестве линии передачи (далее ЛП), отводящей энергию от источника СВЧ-энергии и непосредственно питающей излучатель, выберем гибкую коаксиальную линию (кабель) т.к. она удовлетворяет требованиям по рабочей частоте и пропускаемой мощности, имеет малые габариты и высокую технологичность изготовления, обеспечивает более простой переход от линии передачи к антенному элементу. Однако участок ЛП, содержащий схему питания типа "елочка", состоящую из тройниковых делителей мощности, и модули фазовращателей, выполним на полосковой несимметричной ЛП. Это сделано для увеличения технологичности исполнения вышеупомянутых устройств.
Рисунок 1 - Конструкция перехода
Соединения ЛП будут производиться при помощи перпендикулярного коаксиально-полоскового перехода. Конструкция перехода изображена на рисунке 1.
Согласование такого перехода осуществляется подбором диаметра соединительного штыря 1, проходящего через диэлектрическое основание 2, а также подбором размеров коаксиальной диафрагмы на выходе коаксиального волновода и короткого разомкнутого шлейфа из отрезка полоскового проводника.
Выбранные (ЛП) имеют следующие конструктивные параметры:
· Коаксиальный кабель:
Используется стандартный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, в качестве заполняющего диэлектрика – полиэтилен, имеющий e=2,3, tgd=4*10-4.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля:
Предельная пропускаемая мощность у коаксиального волновода с такими параметрами, с учетом того, что пробивная напряженность в полиэтилене составляет порядка 40 кВ/мм и что пропускаемая мощность пропорциональна квадрату пробивной напряженности, будет равна:
Как видим, ЛП с такими параметрами обеспечивает огромный запас по пропускаемой мощности. Длина волны в такой ЛП будет равна:
· Полосковая несимметричная ЛП
b