Расчет волноводной фазированной антенной решетки с вращающейся поляризацией
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
а = 0,053л/, тогда площадь излучателя 0,0088м.
Полученное значение является приемлемым и позволяет разместить волноводы на излучающем полотне, необходимости в уменьшении площади S, нет.
. Методы расчета характеристик волноводных ФАР отличаются уровнем моделирования электромагнитных процессов в раскрыве решетки, а, следовательно, и точностью получаемых результатов. Однако следует учитывать, что строгие электродинамические методы анализа волноводных ФАР связаны с большим объемом вычислений на ЭВМ и их применение оправдано на заключительных этапах проектирования.
Элементарная модель ФАР. Простейшую модель волноводной ФАР можно получить на основе следующих предположений:
взаимодействие излучателей существенно не влияет на характеристики ФАР, и им можно пренебречь;
распределение поля в излучающих апертурах соответствует полю основного типа волн в волноводе;
амплитудно-фазовое распределение поля в раскрыве решетки соответствует распределению амплитуд возбуждающих волн в питающих волноводах.
Для открытого конца круглого волновода радиусом R, расположенного в плоском бесконечном металлическом экране и возбуждаемого волной Ни, в главных плоскостях Н (при =0), поля излучения имеют вид:
и Е (при ф=90):
Изменяя параметр сектора сканирования всж=40(прибавим по 5 в каждую сторону), нормируем график поля излучения и в конечном итоге получим ДН:
Рис. 2.2. ДН круглого волновода радиусом R с волной в плоскости Н
Рис. 2.3. ДН круглого волновода радиусом R с волной в плоскости Е
Представляя ДН, взятую для определенной длины L=5,371 -см п.1 (идеализированная), для сектора в 360 получим:
Рис. 2.4. ДН для сектора 360, идеализированная
Анализируя идеальную ДН необходимо рассчитать ширину главного лепестка 2?0=141 *?/L=141*0,5/5,371=13.
Также на форму ДН будет влиять коэффициент эллиптичности поля излучения гэmin=9... 11 (задан в исходных данных), который целесообразно выбрать в середине заданного диапазона, следовательно гэ=10.
КНД ФАР в рамках данной модели приближенно оценивают выражением (целесообразно оценивать выражение для всего диапазона, на 5-ти длинах волн):
,
где S-площадь антенны, v-КИП.
?,мDo0,75602,31620,6941,11910,51355,2110,431832,3570,3752409,265
Потери мощности в излучателях ФАР складываются из тепловых потерь в стенках волновода и потерь на отражение ЭМП от раскрыва. Тепловые потери в волноводах принято характеризовать погонным коэффициентом затухания ?, для круглого волновода:
где = - глубина проникновения ЭМП частотой ? в стенки волновода; ?=4?*107 Гн/м - абсолютная магнитная проницаемость воздуха; ?-удельная проводимость материала волновода, См/м.
Для основного типа волны в волноводе модуль коэффициента отражения от раскрыва расcчитывают по формуле:
=(WB- W0)/(WB+W0), где
W0=120? - волновое сопротивление свободного пространства, Ом, а волновое сопротивление для основного типа волны в волноводе круглого сечения определяют по формуле:
Где ?-относительная диэлектрическая проницаемость материала, заполняющего волновод.
Тогда |Г|=(WB- W())/(WB+W())=(363-376,8)/(363+376,8)= 0,0187
Зная коэффициенты затухания волны в волноводе а и отражения от раскрыва Г, можно при условии идентичности характеристик всех элементов
ФАР и отсутствия согласующих устройств рассчитать КПД излучающей системы:
Рассмотренная элементарная модель волноводной ФАР не учитывает влияния взаимодействия излучателей на характеристики решетки. Общепринятыми считаются две модели. Одна из них применяется для расчета характеристик ФАР с большим числом излучателей (линейные размеры излучающей системы должны превышать 10...15А.). Она основана на использовании бесконечной периодической структуры излучателей. Другая модель основана на строгом решении электродинамической задачи о возбуждении АР с большим числом элементов (до 200...300).
. Модель бесконечной ФАР наиболее целесообразно использовать для больших ФАР, так как элементы центральной области в основном находятся в однородном окружении, поэтому их характеристики можно считать идентичными и совпадающими с характеристиками излучателя в составе бесконечной решетки. Это позволяет упростить решение задачи о взаимодействии волноводных излучателей, а также применять теорему перемножения для анализа характеристик ФАР. В этом случае ДН излучателя представляет собой парциальную ДН волновода, то есть элемента в составе решетки при подключении согласованных нагрузок ко всем остальным излучателям. При возбуждении одного излучателя в остальных элементах решетки наводятся токи. Суперпозиция полей излучения, создаваемых токами в апертурах активного и пассивного излучателей, формирует парциальную ДН, вид которой определяется структурой ФАР, взаимной связью излучателей и скоростью ее изменения при изменении расстояния между излучателями.
Для идеально согласованного излучателя бесконечной ФАР парциальная
ДН: F(?,?) =,
где -площадь, приходящаяся на один элемент решетки. Тогда получим:
Рис. 2.5. Парциальная ДН бесконечной ФАР
Видим, что представленная ДН является идеальной. Анализ ДН для полного сектора в 360 (рис.2.4) показывает, что в ФАР наблюдается эффект ослепления, когда ФАР практически не излучает, а вся мощность, подводимая к излучателям, отражается в фидерные линии.