Конструювання вібраторних антеною решітки

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

Введення

1. Випромінювач антеною решітки

Загальна характеристика випромінювача

Розрахунок діаграми спрямованості вібратора

Вибір конструкції вібратора і схеми живлення

2. Антенна решітка системи випромінювачів

Розрахунок діаграми спрямованості

Геометрія антеною решітки

Розрахунок параметрів грат при заданому максимальному секторі сканування

Висновок

Список літератури

Введення

Антенні грати - найбільш ефективні та перспективні антенні системи, що дозволяють здійснювати швидкий огляд простору, багатофункціональний режим роботи, комплексування радіозасобів, адаптацію до конкретної радіо обстановки, попередню обробку надвисокочастотних сигналів, забезпечення електромагнітної сумісності і т.д. Антенна решітка, забезпечує випромінювання і приймання радіохвиль, - невід'ємна частина будь-якої радіотехнічної системи. Вимоги до технічних характеристик антен випливають з призначення радіосистеми, умов розміщення, режиму роботи, допустимих витрат і т.д. Реалізованість необхідних спрямованих властивостей, перешкодозахищеності, частотних, енергетичних та інших характеристик антен багато в чому залежить від робочого діапазону хвиль.

Грати мають ряд цікавих і корисних властивостей. Окрім можливості здобуття вузької DH і великого КНД, решітки дають можливість, наприклад, змінювати положення DH в просторі без зміни положення самої решітки та окремих її частин.

Антени НВЧ широко застосовують у різних областях радіоелектроніки - зв'язки, телебаченні, радіолокації, радіоуправлінні, а також у системах інструментальної посадки літальних апаратів, радіоелектронної протидії, радіо детонаторів, радіо телеметрії та ін Успішний розвиток радіоастрономії і освоєння космосу багато в чому пов'язані з досягненнями антеною техніки НВЧ. В останні роки намічаються нові області використання НВЧ антеною техніки, наприклад для передачі НВЧ енергії на великі відстані.

Застосування ФАР для побудови скануючих гостронаправлених антен дозволяє реалізувати високу швидкість огляду простору і сприяє збільшенню обсягу інформації про розподіл джерел випромінювання або відбиття електромагнітних хвиль (ЕМХ) в навколишньому просторі.

Характерною особливістю сучасних антен є їх різноманіття (безперервно з'являються нові типи). Відповідно до вирішуваних радіотехнічної системою завданнями антени НВЧ, що працюють в дециметровому, сантиметровому або міліметровому діапазонах хвиль, мають принципово різні характеристики і відрізняються конструкцією, технологією виготовлення, експлуатацією і т.д.

1. Випромінювач антеною решітки

Загальна характеристика випромінювача

В якості випромінювачів антеною решітки використовуються вібратори, відкриті кінці хвилеводів, діелектричні стрижні, спіралі, щілини і др.Вібраторние випромінювачі в АР звичайно розташовують над плоскою проводить поверхнею, що грає роль екрана і запобігає зворотне випромінювання. Теоретичні та експериментальні дослідження показують, що на характеристики вібраторних випромінювача в складі АР найсильніше впливають два фактори: їх розміщення в решітці і положення щодо проводить екрану. Зменшення кроку решітки дозволяє не тільки придушити вищі дифракційні максимуми, але й поліпшити їх узгодження в широкому секторі кутів сканування. Зміна висоти вібраторних випромінювача над екраном призводить до поліпшення узгодження в крайніх положеннях променя при скануванні у площинах Е і Н.

Спрямовані властивості будь-якої антени характеризуються ДН і КНД. Діаграма спрямованості вібратора залежить від його довжини і є поверхнею обертання, вісь якої збігається з віссю вібратора. На КНД вібратора впливають два основні фактори: ширина головного пелюстка ДН і рівень бічних пелюсток.

Дуже важливим параметром будь-якої антени є вхідний опір. У загальному випадку це комплексна величина. Вхідний опір симетричного вібратора знаходимо за формулою:

Zвх = Rвх + iX вх;

де Rвх - активна складова вхідного опору,

iX вх - реактивна складова вхідного опору. Величина активної і реактивної складових вхідного опору залежить від довжини і хвильового опору вібратора. Максимуми Rвх спостерігаються при L / λ, кратних 0.5.Поетому при довжині вібратора, кратній 0,25 λ спостерігається послідовний, а при L = n * λ / 2 - паралельний резонанс. Чим швидше змінюється Zвх при зміні частоти коливань, тим гірше діапазонні властивості вібратора, які залежать від його товщини. Чим товщі вібратор, тим повільніше змінюється Zвх при зміні частоти. Добротність одного і того ж вібратора на паралельному резонансі приблизно у вісім разів більше, ніж на послідовному. Крім того добротність залежить від хвильового опору вібратора: чим більше хвильовий опір, тим більше добротність. Хвильовий опір вібратора, у свою чергу, залежить від товщини вібратора: чим товще вібратор.тем менше хвильовий опір. Таким чином, при збільшенні товщини вібратора зменшується його добротність і, отже, поліпшуються його діапазонні властивості.

Найбільш широко використовуваними типами симетричних вібраторних випромінювачів є:

1) Тонкий циліндричний вібратор діаметром 2а <<λ, де - довжина хвилі, порушуємо від коаксіальної лінії. Тонкий вібратор має невелику робочу смугу частот, яка може бути розширена підбором довжини 2 L герметизуючого кожуха 3 (2 L = λ / 5).

2) Широкосмуговий вібратор. У широкосмугових вібраторах для з'єднання коаксіального живильного фідера з повітряною Полоскова лінією довжиною λ / 4 використаний експонентний перехід. Ці вібратори мають підвищену електричною міцністю.

3) Вигнутий вібратор. Він має більш широку ДН в Е - площині, що дозволяє отримати великий сектор сканування АР. Як спрямованих вібраторних випромінювачів в АР з обмеженим сектором сканування використовуються антени типу хвильовий канал.

4) Електричні (Н - образні) вібратори. Для налаштування їх в резонанс використовуються поперечні плечі. Такі вібратори мають зменшену поверхню розсіювання, і їх використання доцільне при побудові суміщених в одній апертурі різночастотних вібраторних АР, так як взаємні спотворення ДН виходять при цьому мінімальними.

5) Друковані вібраторних випромінювачі. Вони володіють високою технологічністю, компактністю, конструктивної жорсткістю і перспективні для АР, що встановлюються на рухомих об'єктах.

6) Коротко замкнуті вібратори, або диполі. Широко застосовуються останнім часом при створенні частотно - і поляризаційно-селективних просторових структур або фільтрів. Вони використовуються для забезпечення ЕМС близько розташованих антен, зменшення рівня бічних пелюсток, побудови багатофункціональних антен і полегшення рефлекторів дзеркальних антен, зменшення ефективної площі розсіювання антен і т.д.

Способи живлення вібратора.

Вібраторних АР частіше будуються по паралельній схемі живлення. В якості фідерних використовуються коаксіальні або смуга лінії.

Для симетрування й узгодження вібраторних випромінювачів АР з фідерними лініями застосовуються симетрувальні і согласующие пристрою. Найбільш широко використовуваними типами симетрувальних пристроїв є Чвертьхвильва щілину (при жорсткому коаксіальному фідері) і U - коліно (у разі гнучких коаксіальних і смужкових ліній). Рідше використовується волноводная лінія для порушення вібраторів АР при послідовній схемі живлення. Застосовуються так само АР вібраторних АР з оптичним харчуванням: відбивні, що складаються з опромінювача і приемопередающих вібраторних елементів, навантажених відбивними фазообертачі, і прохідні.

Розрахунок діаграми спрямованості вібратора

Діаграма спрямованості одиночного вібратора в загальному вигляді:

Fh (q): = 1

Де k = 2 p / l-хвильове число, L-довжина плеча вібратора.

Діаграма спрямованості вібратора розташованого над ідеальним нескінченним провідним екраном в загальному вигляді:

Де h-висота над екраном. Щоб узгодження вібратора з навантаженням вибираємо довжину плеча: L = 0.25 * l. Вибираємо висоту над екраном: h = 0.25 * l.

Тоді діаграма спрямованості вібратора розташованого над ідеальним нескінченним провідним екраном має вигляд:

ДН вібратора в E-площині.

ДН вібратора в H-площині.

Вибір конструкції вібратора і схеми живлення

У якості випромінювача будемо використовувати тонкий циліндричний вібратор діаметром 2а <<l, де l - довжина хвилі, порушуємо від коаксіальної лінії (див. креслення № 1). Для захисту від зовнішніх метеоумов вузол порушення такої вібратора може закриватися герметизуючим кожухом. Через коаксіальний роз'єм 6 вібратор пов'язаний з фідерним трактом. Для симетрування порушення плечей вібратора 1 і 2 служить Чвертьхвильва щілину 4. Для отримання односпрямованого випромінювання використовується екран 5. Тонкий вібратор має невелику робочу смугу частот (2Δ f / f = 4.6%), яка складає 2Δ f = 36 МГц. Вона може бути розширена підбором довжини 2 L герметизуючого кожуха 3 (2 L = λ / 5). Також вібратор має електричну міцність (в сантиметровому діапазоні допустима потужність не перевищує 10 кВт) задовольняє технічним завданням. Потужність, що припадає на кожний випромінювач: P 1 max = P e / (n N) = 56Вт, де N-кількість випромінювачів, n - КВП, P 1доп = 10кВт значить P 1 max <<P 1доп. Довжина вібратора 2 L буде визначатися за формулою: L = 0,25 * l = 0,25 * 0,5 = 0,125 (м)

2. Антенна решітка системи випромінювачів

Розрахунок діаграми спрямованості

Вважаючи грати складається з однакових випромінювачів, можна уявити її характеристику спрямованості F (q, j) у вигляді добутку характеристики спрямованості ізольованого випромінювача F (q, j) на множник решітки F (q, j): F (q, j) = F ( q, j) * F (q, j),

де Ф n = k (x nq cos j гол + y nq sin j гол) sin q гол - просторовий фазовий зсув для напряму спостереження (q, j).

де α - кут сканування променя; Δ φ1 - кут повороту першого кільця; Δ φ2 - кут повороту другого кільця; Δ φ3 - кут повороту третього кільця; I 1, I 2, I 3 - амплітуди струмів.

Графіки ДН в Е і Н площинах при одно-амплитудном розподіл струмів наведені на малюнку 2

ДН решітки зі спадаючим до країв розподілом струму.

Рівень бічних пелюсток заданий - 18дБ.

Для зменшення рівня бічних пелюсток потрібно ввести спадає до країв решітки розподіл струмів випромінювачів: I 1 = 1; I 2 = 1; I 3 = 0,6

Геометрія антеною решітки

При розміщенні випромінювачів на кільцях решітки можливо синфазное складання полів окремих випромінювачів не тільки в напрямку головного максимуму ДН, але і в інших напрямках, яким відповідає просторовий фазовий зсув, компенсуючий зсув фази між випромінювачами за рахунок збудження. У цьому випадку крім головного максимуму існує ще і дифракційні максимуми вищих порядків, просторова орієнтація яких залежить від відстані між випромінювачами. При зменшенні цієї відстані число дифракційних максимумів, що знаходяться в області дійсних кутів, зменшується.

Для нормальної роботи решітки необхідно, щоб в області дійсних кутів перебував лише один головний максимум, а дифракційні були відсутні. Таким чином радіуси кілець решітки задовольняють заданим рівнем УБЛ при забезпеченні необхідного кута сканування рівні відповідно:

R 1 = 0.6 * l, R 2 = 1.2 * l, R 3 = 1.9 * l.

Розрахунок параметрів грат при заданому максимальному секторі сканування

Коефіцієнт посилення фазованою антеною решітки наближено дорівнює добутку КНД на ККД:

При q ск.е = 30 °: G = ή * D 0 * cos q ск = 179 * cos 30 * 0.95 = 147, де D0 = 4 p S n / l 2, ή = 0,95, При q ск. h = 25 °: G = ή * D 0 * cos q ск = 179 * cos 25 * 0.95 = 154

Ширина діаграми спрямованості на рівні 0.5 по потужності:

При q ск = 25 °: Dq h 0.5 = 18 °, Dq e 0.5 = 15 °

Висновок

У цій роботі була сконструйована вібраторних антенна решітка з концентричною схемою розташування випромінювачів забезпечує максимальний кут сканування q ск = 25 і задовольняє технічним завданням. Всі розрахунки проводилися в спеціальній програмі "Mathcad".

Список літератури

  1. Воскресенський Д.І. Антени та пристрої НВЧ. Проектування фазованих антенних решіток. - М.: Радіо і зв'язок, 1994 р.

  2. Сазонов Д.М. Антени та пристрої НВЧ. - М.: Вища школа, 1988.

  3. Проблеми теорії і техніки антен / За редакцією Бахраха, Д.І. Воскресенського. - М.: Радіо і зв'язок, 1989 р.

  4. Аміті Н., Галіндо В., Ву Ч. Теорія і аналіз ФАР / Пер з англ. -М.: Світ, 1974 р.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Контрольна робота
30.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Підсилювач приймальні антеною решітки
Побудова лінійної решітки вібраторних антен
Решітки
Коливання кристалічної решітки
Узагальнено булеві решітки
Структурні дефекти кристалічної решітки
Обобщ нно булеві решітки
Вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки
Конструювання
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru