Микрополосковая антенная решетка
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
тносительной девиации частоты получилось таким:
6. РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ РАЗМЕРОВ И СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
Для расчета конструктивных размеров и системы питания элементов антенной решетки рассмотрим плоскую синфазную равномерно возбужденную эквидистантную решетку. NN одинаковых элементов - МПИ прямоугольного типа (фрагмент представлен на рисунке 5).
Рисунок 6.1 - Фрагмент решетки (22 элемента): 1 - излучатель, 2 - трансформаторы сопротивлений
При расположении МПИ в антенной решетке они неизменно влияют друг на друга. Это влияние приводит к изменению параметров излучателей, например, входного сопротивления, резонансной частоты. А также ухудшается согласование в рабочей полосе частот и КПД антенны. Для устранения этого явления, расстояние между излучателями следует выбирать исходя из условия: d>?0/2
Также необходимо исключить возможность появления вторичных главных максимумов характеристик направленности. Для этого должно выполняться неравенство: d< 0.9 ?0
Питание элементов решетки может быть осуществлено при помощи параллельной или последовательной схемы. Последовательная схема используется сравнительно редко из-за высоких потерь, узкополосности и сложности расчета. В ней так же трудно обеспечить требуемое амплитудное распределение. Параллельная схема питания (рис. 5), носит название ветвистой, не имеет перечисленных выше недостатков. Но в такой схеме питания несколько выше уровень потерь энергии в точках ветвления. Питание рассчитываемой антенной решетки будет осуществлено по параллельной схеме питания
Рассчитаем параллельную схему питания, придерживаясь необходимого порядка.
Исходя из приведенных рекомендаций, шаг решетки должен лежать в пределах
6.1 Расчет шага решетки и количества излучателей в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости
Количество элементов в горизонтальной плоскости: =24.
Количество элементов в вертикальной плоскости: =16.
Примем шаг решетки равным:
Рис. 6.2
Основой построения антенной решетки служит подрешетка 22 элемента (рис. 6.1). Для обеспечения равноамплитудного синфазного питания всех элементов расстояния от каждого МПИ до начала схемы питания должны быть одинаковыми. В качестве линии питания используется НПЛ одинаковой ширины, что обеспечивает простоту расчёта и изготовления схемы питания. Также необходимо обеспечить согласование линии питания в точках ветвления, что можно осуществить с помощью четвертьволновых трансформаторов.
Ширина питающей НПЛ была рассчитана в пункте 2.3 и равна= 0.0012752на линии питания от начала питания до МПИ может быть определена через шаг решетки по следующей формуле:
Такое расстояние одинаковое для любого МПИ, что позволяет судить о равноамплитудном синфазном питании каждого элемента.
Для согласования питающей линии по сопротивлению необходимо в точках ветвления применять трансформаторы сопротивлений - четвертьволновые согласующие трансформаторы (рис. 6.3),
Рисунок 6.3 - Согласующий четвертьволновой трансформатор
волновое сопротивление и геометрические размеры которого рассчитываются по формулам:
где - волновое сопротивление трансформатора;
= 50 Ом - сопротивление питающей линии;
= 25 Ом - сопротивление разветвляющихся линий (параллельное соединение двух 50-омных питающих линий).
где - длина трансформатора;
?эфф =3.452- эффективная диэлектрическая проницаемость.
По найденному значению волнового сопротивления трансформатора можно определить его ширину:
м.
6.2 Расчет КПД схемы питания
Коэффициент затухания ? - величина, обратно пропорциональная расстоянию, которое должна пройти волна вдоль регулярной линии, чтобы ее амплитуда уменьшилась в e раз. Коэффициент затухания рассчитывается в предположении, что структура полей в линии при наличии потерь и без них одинакова. Коэффициент затухания волны (измеряется в Нп/м) основного типа в НПЛ:
где - коэффициент, определяемый потерями в проводнике;
- коэффициент, определяемый потерями в диэлектрике;
- коэффициент, определяемый наличием излучения из ПЛ;- ширина полосковой линии (w = 0.00112752 м);
- сопротивление полосковой линии шириной w ( = 50 Ом);
tg? - тангенс угла потерь диэлектрика (tg? = 310-4);
КПД параллельной схемы питания длиной 0.273 (без учёта взаимного влияния), определяется по формуле:
7. Расчёт КПД, КНД, КУ и ДН антенны в Е и Н плоскостях нецентральной частоте рабочего диапазона
.1 Расчет КПД антенны
Произведём полный расчёт КПД, учитывающий дополнительные потери из-за неполного согласования МПИ с линией питания ?р, где
, а означает комплексный коэффициент отражения от входа МПИ. Поскольку в полосе рабочих частот значительно меняется, то величина существенно зависит от частоты. При упрощенной оценке можно рассчитать КПД лишь в той точке рабочего диапазона, где потери максимальны. В этом случае . В результате получим следующее значение КПД:
Рассчитаем суммарный коэффициент полезного действия решётки
7.2 Расчет КНД антенны
КНД решётки с равномерным синфазным распределением поля вычисляется как произведение соответствующих КНД в вертикальной и горизонтальной плоскости:
где , - длина антенной решетки в г?/p>