Линейка из рупорных антенн

Рис. 3. Диаграмма направленности рупора в плоскости Е

Ширина ДН по уровню 0,5: φ0,5 = 5,4о.

б) В плоскости H

,

.

Рис. 4. Диаграмма направленности рупора в плоскости Н

Ширина ДН по уровню 0,5: φ0,5 = 4,9о

Расчет диаграммы направленности антенны

1. Синфазный режим работы.

Диаграмма направленности линейки из рупорных антенн:

.

Множитель решетки определяется формулой:

,

где d – расстояние между излучателями.

В ДН множителя будут несколько дифракционных максимумов. Так как размеры раскрыва одного рупора равны 20*30 см, то не выполняется условие обеспечивающее существование одного максимума[1]. Но до тех пор, пока дифракционные максимумы находятся за пределами основного лепестка ДН одного излучателя, в ДН решетки их не будет, так как они уничтожаются при перемножении диаграмм. Исходя из этого, определим расстояние между излучателями dopt, при котором в ДН линейки излучателей начинают появляться дифракционные лепестки:

dopt = λ/sin(φ0 изл).

По ДН одиночного рупора находим, что в обеих плоскостях (Н- и Е-плоскости) φ0 изл = 9о, тогда

dopt = 3.1/sin9o = 19.8 см.

Полученное значение dopt близко по значению размера раскрыва рупора в плоскости Е а2=20 см, поэтому возьмем расстояние между излучателями d = 20 см. Тогда расположение рупоров в антенне будет таким как изображено на рис. 5

Учитывая, что для синфазной линейки излучателей ∆ψ = 0, найдем диаграмму направленности всей антенны в плоскости Е по следующей формуле:

,

.

Рис. 6. Диаграмма направленности синфазной антенны

Ширину диаграммы направленности антенны по нулевому уровню и по уровню 0,5 определим следующим образом [3]:

,

.

Уровень боковых лепестков:

.

Положение первого дифракционного максимума определим по формуле:

φдиф = ± arcsin(p·λ / d),

где р – номер дифракционного лепестка.

φдиф = ± arcsin(3,1 / 20) = ±8,9о.

Диаграмма направленности линейки излучателей в Н - плоскости будет такой же, как и у одного излучателя в Н – плоскости.

2. Несинфазный режим работы.

Рассчитаем максимальное отклонение ДН антенны от нормали к ее поверхности:

φmax = φ0,7изл .

По графику ДН одиночного рупора в плоскости Е (рис. 3) определяем, что φmax = 4о.

Расстояние между излучателями решетки с электрическим качанием луча должно быть меньше оптимального [3]. В нашем случае размер раскрыва рупора в плоскости, в которой происходит отклонение луча, равен оптимальному значению. Таким образом, уменьшить расстояние между излучателями невозможно, а значит, дифракционные лепестки множителя решетки будут входить в основной лепесток ДН излучателя. Это приведет к росту боковых лепестков ДН антенны.

Разность фаз токов излучателей ∆ψ найдем из формулы, определяющей направление максимального излучения[3].

,

,

.

Диаграмму направленности антенны в несинфазном режиме найдем перемножением диаграммы одного излучателя в Е-плоскости F2(θ2) на множитель решетки Fn(θ2) при ∆ψ = 2,8 рад.

Рис. 7. Диаграмма направленности антенны в несинфазном режиме работы

Рассчитаем коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны.

,

где Sа = S·n – площадь излучающей поверхности антенны.

Расчет фазирующей секции

Фазирующая секция представляет собой систему прямоугольных параллельных пластин, устанавливаемых в раскрыве рупора (рис. 8).

Расстояние между пластинами r лежит в пределах λ/2<r<λ. Выберем r≈0,7λ, получаем r=2см. Ширину пластин l найдем по формуле [2]:

,

.

Секцию в раскрыве располагаем так, чтобы вектор электрического поля был под углом 45о к пластинам. Это объясняется тем, что поле с вращающейся поляризацией можно рассматривать как совокупность двух линейно поляризованных волн. Плоскости поляризации этих волн должны быть взаимно перпендикулярны, а разность фаз составлять 90о.

Распространяясь под углом 45о, вектор Е может быть разложен на две составляющие Еn и Еtg. Составляющая Еn движется между пластинами со скоростью света с, так как пластины на нее влияния не оказывают. Составляющая Еtg, параллельная пластинам, распространяется между ними как в волноводе с повышенной фазовой скоростью. Вследствие различия фазовых скоростей у составляющих Еn и Еtg набег фазы при прохождении системы пластин длинной l = 2,1 см будет составлять 90о.

При заданном размере раскрыва рупора и вычисленных размерах пластин, их количество в секции составляет 18 штук.

Описание конструкции

Антенна, состоящая из линейки рупоров, имеет 20 излучателей. Рупора плотно прилегают друг к другу сторонами раскрыва, имеющими больший размер. Ширина диаграммы направленности антенны по уровню 0,5 в Н-плоскости φ0,5 = 4,9о, в Е-плоскости φ0,5 = 0,4о.

Отклонение луча при работе антенны в несинфазном режиме происходит в Е-плоскости.

Питание осуществим с помощью схемы с фидерным распределением типа "елочка" с параллельным фазированием. Постепенное деление мощности производится при помощи волноводных тройников типа Е. Генератор, питающий антенну, имеет волноводный выход. Фидерный тракт выполняется в виде прямоугольного волновода с волной Н10. Волноводный фидер непосредственно переходит в волновод, возбуждающий рупор.

 Скачать реферат