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>