Расчет волноводной фазированной антенной решетки с вращающейся поляризацией

Контрольная работа - Компьютеры, программирование

Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование

Содержание

 

Введение

. Конструкция антенны

. Расчет волноводной ФАР с вращающейся поляризацией

. Алгоритм расчета задания

Заключение

Список литературы

 

Введение

 

Одной из наиболее быстро развивающихся областей радиоэлектроники является техника антенн и устройств СВЧ. Уровень ее развития во многом определяет состояние телекоммуникационных систем, радиолокации, навигации, связи, радиоуправления, телеметрии, радиоастрономии. Современные достижения в технике антенн и СВЧ-устройств базируются на последних разработках электроники, полупроводниковой техники, технической кибернетики, когерентной радиооптики и т.д.

Направленность действия простейшей антенны - симметричного вибратора - невысокая. Для увеличения направленности действия уже на первых этапах развития антенной техники стали применять систему вибраторов - антенные решетки (АР). В настоящее время антенные решетки - наиболее распространенный класс антенн, элементами которых могут быть как слабонаправленные излучатели (металлические и щелевые вибраторы, волноводы, диэлектрические стержни, спирали и т.д.), так и остронаправленные антенны (зеркальные, рупорные и др.).

Фазированные антенные решетки (ФАР) - наиболее эффективные и перспективные антенные системы, позволяющие осуществлять быстрый обзор пространства, многофункциональный режим работы, комплексирование радиосредств, адаптацию к конкретной радиообстановке, предварительную обработку сверхвысокочастотных сигналов, обеспечение электромагнитной совместимости и т.п.

Излучатели в виде открытых концов волноводов широко применяют в ФАР сантиметрового диапазона благодаря простому способу возбуждения излучающих элементов питающей линией, удобству сопряжения с волноводными фазовращателями и делителями мощности, высокому уровню передаваемой мощности, малым потерям в фидерном тракте, относительной широкополосности.

К недостаткам волноводных ФАР следует отнести сравнительно большую массу и высокую стоимость отдельных ее элементов и конструкций, связанных со значительной долей процессов механической обработки высокой точности в технологическом цикле изготовления антенной решетки.

Реализация широкого сектора сканирования ФАР накладывает ограничение на расстояние между излучателями, что в ряде случаев приводит к необходимости уменьшать поперечные размеры волноводов.

 

1. Конструкция антенны

 

На рисунке представлена конструкция фрагмента АР, составленной из двух состыкованных волноводных излучателей с произвольной формой поперечного сечения и сеткой расположения элементов, характеризуемых углом а.

 

Рис. 1.1. Конструкция ФАР

 

2. Расчет волноводной ФАР с вращающейся поляризацией

 

1. Рассчитаем форму и линейные размеры излучающего полотна на основе заданного значения ширины ДН в главных плоскостях. Для этого воспользуемся таблицей[1,с.68]. Выбираем прямоугольную форму излучающего полотна. Подставив 2?Х,У,0,5=10 и длину волны ?maх=0,75м (линейные размеры ФАР рассчитывают для нижней точки частотного диапазона, что бы обеспечить указанные параметры в полосе частот и секторе сканирования), выбираем таблицу для прямоугольного раскрыва и получаем L = 57=4.297м, что соответствует следующим параметрам:

 

? = 2x\L; u = (kL/2)sin?;

 

Амплитудное распределение: 1-(1-?) ?2;

 

ДН(u):

?=0,316

2?=141

 

Огибающая боковых лепестков ДН: (u)=

 

КИП, v=0.935;

 

. Для дальнейшей разработки ФАР необходимо выбрать сетку расположения излучателей - выбираем гексагональную сетку расположения излучателей, которая позволяет снизить общее число элементов ФАР по отношению к прямоугольной сетке на 13% (а=60). Кроме того увеличение площади, приходящейся на один элемент, облегчает конструктивное размещение фазирующих устройств около излучателей решетки.

Для гексагональной (а=60) сетки расположения излучателей шаг сетки d определяется по формуле:

 

где =0.333

 

Рис.2.1. Схематичное изображение гексагонального размещения излучателей

 

Подставив значения, получим, что . Для исключения резкого рассогласования на границе сектора сканирования (такое рассогласование возникает в силу конечной ширины побочного главного лепестка) расчетное значение уменьшают на 6...8%. В итоге получим . Тогда при ?о=0,5м, d < 0,88м.

. С учетом полученного значения шага решетки d< 0,88м и геометрических размеров излучающего полотна L = 5,371м, размещаем на излучающем полотне N=36 излучателей. Исходя из этого площадь, занимаемая одним излучателем Sя=0,8m.

Рассчитаем мощность, излучаемую отдельным элементом ФАР, зависящую от полной излучаемой мощности P?; и закона амплитудного распределения возбуждающих сигналов по полотну решетки. Тогда при равноамплитудном возбуждении излучателе получим:

 

, где =10Bt, тогда = 10Вт/36=0,28Вт.

 

Исходя из заданного типа поляризации (вращающаяся), выбираем круглый волновод. Геометрические размеры излучателей обычно выбирают исходя из ?F, .вида поляризации и геометрии расположения элементов ФАР.

Также учитывают конструктивные ограничения на межэлементное расстояние элементов в решетке. Для волновода круглого сечения связь частоты с геометрическими размерами подчиняется условию:

 

,

 

где - скорость света в среде, заполняющей волновод,

- корень функции Бесселя m-го порядка.

Тогд