Лінійна решітка спіральних антен з електронним скануванням

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

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ

Рязанська Державна РАДІОТЕХНІЧНА АКАДЕМІЯ

Кафедра РУС

Курсова робота

з дисципліни "Антени та пристрої НВЧ"

на тему: Лінійна решітка спіральних антен з електронним скануванням.

Виконав:

Керівник:

Зміст

Введення

Розрахунок одиночного випромінювача

Розрахунок антеною решітки

Схема живлення антеною решітки

Конструкція випромінювача

Висновок

Список використаної літератури

Введення

У цій роботі розглядається лінійна решітка, випромінювачами якої служать циліндрична спіральні антени. Спіральна антена відноситься до антен біжучої хвилі, поле випромінювання яких у напрямку осі має обертову (кругову) поляризацію. Такі антени широко використовуються в радіолокації для отримання більш контрастного зображення цілі на тлі перешкод, а також при роботі з літальними і космічними апаратами, положення антен яких у просторі не стабілізована.

Однозаходная циліндрична спіральна антена являє собою дротяну спіраль з постійним кроком S, виконану на циліндричній поверхні радіуса R = a.

Один кінець спіралі залишається вільним, а інший з'єднаний з внутрішнім провідником коаксіальної лінії. Зовнішній провідник коаксіальної лінії приєднується до металевого екрану, що має форму диска або багатокутника. Екран служить для отримання односпрямованого випромінювання і зменшення струмів, що наводяться на зовнішньому провіднику коаксіального фідера. Діаметр екрану вибирається (0,7 - 0,9) λ.

Для забезпечення більш гарних властивостей антени (наприклад більш високої швидкості переміщення променя в просторі) застосовують антенні решітки (рис.1)

рис.1

Потужність з виходу передавача надходить в розпродільчо-управляючий пристрій. Тут здійснюється розподіл потужності в потрібній пропорції між випромінювачами решітки, а також забезпечується створення необхідних фазових зрушень між струмами в них. Для вирішення цих завдань у розпродільчо-керуючих пристроях застосовуються дільники потужності, фазообертачі, комутатори та інші елементи фідерного тракту. Формована гратами діаграма спрямованості залежить від діаграм спрямованості окремих випромінювачів, їх взаємного розташування і числа.

Використання АР дозволяє істотно підвищити ефективність сучасних бортових і наземних радіосистем за рахунок здійснення швидкого безінерційного огляду простору шляхом сканування променя АР електричними методами; збільшення коефіцієнта посилення антени; формування діаграми спрямованості з необхідною шириною і рівнем бічних пелюсток шляхом створення відповідного амплітудно-фазового розподілу по розкриву решітки .

Аналіз поставленого завдання.

За технічним завданням треба спроектувати скануючу у вертикальній площині лінійну антенну решітку, випромінювачами якої служать циліндричні спіральні антени.

Також необхідно зауважити, що у спіральних антен у залежності від форми ДН і напрямку максимуму випромінювання розрізняють три режими: режим бокового або поперечного випромінювання, режим осьового випромінювання і режим похилого випромінюванні. Найбільш використовуваним є режим осьового випромінювання, що забезпечує максимальний КНД і кругову поляризацію в напрямку максимуму ДН. Напрямок обертання площини поляризації збігається з напрямком намотування спіралі.

Використовуємо таку методику розрахунку. Спочатку грунтуючись на значенні робочої частоти і довжині антеною решітки, які є, вихідними даними для розрахунку обчислюємо параметри одиночної спіральної антени і її ДН. Після цього використовуючи значення кута сканування та рівня бічних пелюсток, обчислюється кількість випромінювачів решітки, відстань між ними, а також ДН множника решітки.

Після цього обчислюється ДН лінійної антенної решітки.

Розрахунок одиночного випромінювача

Як одиночного випромінювача береться циліндрична спіральна антена.

Вихідними даними є робоча частота і довжина АР.


Обчислюється робочий діапазон:

м

Довжина витка спіралі приймається рівною довжині хвилі робочого діапазону:

Визначаємо довжину одиночного випромінювача, беремо

де D - КНД,

а G - коефіцієнт підсилення.

Оптимальний кроковий кут спіралі дорівнює α = 11 °. Наступним пунктом розраховуються крок і радіус спіралі.

Обчислюється кількість витків спіралі n = l 1 / s = 8, провадиться перерахунок l 1 = ns = 0,076 м = 7,6 см. Перевіряється величина коефіцієнта посилення

22.897   G

Або G = D = 13.598 дБ.

Ширина діаграми спрямованості знаходиться за формулою наведеною в літературі [6].

(2 Θ 0.5) = 52 °

Вхідний опір Z вх = R вх = 140 Ом.

Розраховується еквівалентна фазова швидкість струму спіралі

V опт = c / [(1 + λ / 2 l 1) sin α] = 11.84 * 10 8 м / с V = V опт * sin α = 2.26 * 10 8 м / с.

Розраховується форма діаграми спрямованості. Де k - хвильове число, L - довжина витка спіралі, ξ - коефіцієнт укорочення хвилі (ξ = (s + λ) / L, ξ = 1.22).

Розрахунок антеною решітки

Як вже зазначалося, антенні грати дозволяють зробити діаграму остронаправленной, збільшити КНД антени, забезпечити можливість огляду досить широкого сектора простору. Вихідними даними для розрахунку антеною решітки є сектор сканування і довжина хвилі.

АР є лінійною, всі випромінювачі однакові, отже, потрібно розрахувати відстань між випромінювачами, щоб після можна було побудувати ДН множника лінійної еквідістансной решітки. Схематично решітка представлена ​​на рис.2.

Згідно з завданням грати повинні забезпечувати електричний хитання променя, тобто сканування. Це можливо реалізувати у разі несінфазного режиму роботи. В основу покладено те властивість, що при зміні різниці фаз струмів сусідніх випромінювачів від 0 до , Напрям максимального випромінювання плавно повертається від нормалі до площини грат. У разі якщо грати синфазних, то відстань між елементами слід вибирати оптимальним, тому що у випадку якщо це відстань виявиться більше, тому що почнуть з'являтися дифракційні пелюстки. Для несінфазной антеною решітки відстань між елементами слід вибирати менше оптимального, в іншому випадку при відхиленні променя дифракційні пелюстки множника решітки будуть входити в основний пелюстка ДН випромінювачів, що призведе до зростання бічних пелюсток ДН решітки

Для розрахунку скористаємося формулою:

Де α = 30 ° - кут сканування. Отримуємо d = 3,3 см. Виходячи з умови, що довжина антеною решітки l = 6λ і ширини випромінювача 2 R = 0,328 вибираємо d = 0,648 і отримуємо 9 випромінювачів.

За технічним завданням потрібно забезпечити рівень бічних пелюстків у Е площині - 16 дБ, отже, в цьому випадку равноамплітудное збудження елементів решітки не підходить. Виберемо розподіл "Косинус на п'єдесталі" і за відомою формулою [5] розраховуємо ДН множника решітки.

Діаграма спрямованості АР визначається перемножуванням ДН одиночного випромінювача і ДН множника решітки.

Діаграма спрямованості множника решітки представлена ​​на рис.3, а діаграма спрямованості АР представлені рис.4 для випадку α = 0 і на рис.5 для α = 30 ° у площині Е. Для площині Н ДН буде мати вигляд ДН одиночного випромінювача.

рис.3

рис.4

рис.5

Ширина діаграми спрямованості:

Ширину ДН за рівнем 0,5 можна визначити по ДН в Е площині за рівнем 0,707.

Фреш = 8 E

ФрешН = 2 2 0.5 = 52 E

Розрахунок коефіцієнта посилення антеною решітки:

Коефіцієнт посилення антеною решітки з равноамплітудним збудженням визначається як добуток: , Де -Кількість випромінювачів в решітці, - Коефіцієнт посилення одиночного випромінювача.

При орієнтації променя в напрямку нормалі решітки КНД , При равноамплітудном порушення , Тоді Коефіцієнт посилення ( -ККД), тоді при не равноамплітудном порушення , Для розподілу "Косинус на п'єдесталі"


G = 9 C 14,9 C 0,949 = 127,2609 дБ

Смуга пропускання:

Смуга пропускання всієї антенної решітки залежить від допустимого зниження коефіцієнта підсилення при зміні частоти. Виберемо допустиме значення зниження коефіцієнта посилення , Тоді смуга пропускання визначається за формулою:

U доп ( ) = 0,4

Схема живлення антеною решітки

Найпоширеніший спосіб створення антенних решіток дозволяють проводити сканування це фазовані антенні решітки - ФАР. Існують активні і пасивні ФАР. В активних ФАР кожен елемент гратки збуджується від окремого фазіруемого генератора. У пасивних ФАР всі випромінювачі збуджуються від одного генератора, енергія якого з допомогою розподільних фазіруемих пристроїв поділяється між елементами решітки.

Виберемо паралельну схему живлення, так як вона має такі переваги:

1) Така схема дозволяє використовувати відносно малопотужні фазообертачі.

2) Сигнал приходить на кожний елемент гратки з однаковим послабленням.

3) Відсутній накопичення фазових помилок вздовж розкриву.

На рис.6 наведена схема харчування:

рис.6

Спрямований відгалужувач розподіляє енергію, що надходить від генератора, між випромінювачами відповідно до обраного законом розподілу потужності (у нашому випадку - "Косинус на п'єдесталі"), далі енергія надходить на фазообертачі, що забезпечують необхідну зсув фази між сусідніми випромінювачами, потім, через прямокутний хвилевід , енергія надходить безпосередньо до елементів решітки спіральним антен.

Конструкція випромінювача

Випромінювач являє собою дротяну спіраль, яка харчується прямокутним хвилеводом.

Висновок

У цій роботі спроектована лінійна антенна решітка циліндричних спіральних антен.

Список використаної літератури

  1. Пристрої НВЧ і антени. Методичні вказівки до курсового проектування. Сост.: В.І. Елумеев, А.Д. Касаткін, В.Я. Рендакова. Рязань, 1998. № 2693

  2. Д.І. Воскресенський. Антени та пристрої НВЧ. Проектування фазованих антенних решіток. - М.: Радіо і зв'язок, 1981.

  3. А.Л. Драбкін, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов. Антенно-фідерні пристрої. - М.: Радянське радіо, 1974.

  4. Д.М. Сазонов. Антени та пристрої НВЧ. Підручник для радіотехнічних спеціальних вузів. - М.: Вища школа, 1988р.

  5. Д.І. Воскресенський. Проектування фазованих антенних решіток - Москва: Радіотехніка, 2003.

  6. А.П. Дорохов. Розрахунок і конструювання антенно-фідерних пристроїв. Вид. Харківського університету, 1960.

  7. Г.Г. Гошин. Антени та фідери. - Томськ 2003р.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
29кб. | скачати


Схожі роботи:
Лінійна решітка рупорних антен
Синфазні решітка з рупорних антен
СО2 лазери з внутрірезонаторними електронним управлінням параметрами випромінювання
Дослідження та розробка методів автоматизації керування електронним підприємством
Конструювання антен
Побудова лінійної решітки вібраторних антен
Лінійна регресія
Лінійна алгебра
Проста лінійна регресія
© Усі права захищені
написати до нас