Конструирование вибраторной антенной решетки

Для симметрирования и согласования вибраторных излучателей АР с фидерными линиями применяются симметрирующие и согласующие устройства. Наиболее широко используемыми типами симметрирующих устройств являются четвертьволновая щель (при жестком коаксиальном фидере) и U - колено (в случае гибких коаксиальных и полосковых линий).Реже используется волноводная линия для возбуждения вибраторов АР при по

следовательной схеме питания. Применяются так же АР вибраторные АР с оптическим питанием: отражательные, состоящие из облучателя и приемопередающих вибраторных элементов, нагруженных отражательными фазовращателями, и проходные.

Расчет диаграммы направленности вибратора

Диаграмма направленности одиночного вибратора в общем виде:

Fh (q): =1

Где k=2p/l-волновое число, L-длинна плеча вибратора.

Диаграмма направленности вибратора расположенного над идеальным бесконечным проводящим экраном в общем виде:

Где h-высота над экраном. ля согласования вибратора с нагрузкой выбираем длину плеча: L=0.25*l. Выбираем высоту над экраном: h=0.25*l.

Тогда диаграмма направленности вибратора расположенного над идеальным бесконечным проводящим экраном имеет вид:

ДН вибратора в E-плоскости.

ДН вибратора в H-плоскости.

Выбор конструкции вибратора и схемы питания

В качестве излучателя будем использовать тонкий цилиндрический вибратор диаметром 2а << l, где l - длина волны, возбуждаемой от коаксиальной линии (см. чертеж №1). Для защиты от внешних метеоусловий узел возбуждения такого вибратора может закрываться герметизирующим кожухом. Через коаксиальный разъем 6 вибратор связан с фидерным трактом. Для симметрирования возбуждения плеч вибратора 1 и 2 служит четвертьволновая щель 4. Для получения однонаправленного излучения используется экран 5. Тонкий вибратор имеет небольшую рабочую полосу частот (2∆f/f = 4.6%), которая составляет 2∆f = 36 МГц. Она может быть расширена подбором длины 2L герметизирующего кожуха 3 (2L =λ/5). Также вибратор обладает электрической прочностью (в сантиметровом диапазоне допустимая мощность не превышает 10 кВт) удовлетворяющей техническому заданию. Мощность, приходящаяся на каждый излучатель: P1max=Pe/ (nN) =56Вт, где N-количество излучателей, n - КИП, P1доп=10кВт значит P1max<<P1доп. Длина вибратора 2L будет определяться по формуле: L = 0,25*l= 0,25*0,5 =0,125 (м)

2. Антенная решетка системы излучателей

Расчет диаграммы направленности

Полагая решетку состоящей из одинаковых излучателей, можно представить ее характеристику направленности F (q,j) в виде произведения характеристики направленности изолированного излучателя F (q,j) на множитель решетки F (q,j): F (q,j) =F (q,j) *F (q,j),

где Фn =k (xnqcosjгл+ynqsinjгл) sinqгл - пространственный фазовый сдвиг для направления наблюдения (q,j).

где α - угол сканирования луча; ∆φ1 - угол поворота первого кольца; ∆φ2 - угол поворота второго кольца; ∆φ3 - угол поворота третьего кольца; I1, I2, I3 - амплитуды токов.

Графики ДН в Е и Н плоскостях при равно-амплитудном распределении токов приведены на рисунке 2

ДН решетки со спадающим к краям распределением тока.

Уровень боковых лепестков задан - 18дБ.

Для уменьшения уровня боковых лепестков нужно ввести спадающее к краям решетки распределение токов излучателей: I1= 1; I2=1; I3=0,6

Геометрия антенной решетки

При размещении излучателей на кольцах решетки возможно синфазное сложение полей отдельных излучателей не только в направлении главного максимума ДН, но и в других направлениях, которым соответствует пространственный фазовый сдвиг, компенсирующий сдвиг фазы между излучателями за счет возбуждения. В этом случае помимо главного максимума существует еще и дифракционные максимумы высших порядков, пространственная ориентация которых зависит от расстояния между излучателями. При уменьшении этого расстояния число дифракционных максимумов, находящихся в области действительных углов, уменьшается.

Для нормальной работы решетки необходимо, чтобы в области действительных углов находился лишь один главный максимум, а дифракционные отсутствовали. Таким образом радиусы колец решетки удовлетворяющие заданному уровню УБЛ при обеспечении необходимого угла сканирования равны соответственно:

R1 = 0.6*l, R2 = 1.2*l, R3 = 1.9* l.

Расчет параметров решетки при заданном максимальном секторе сканирования

Коэффициент усиления фазированной антенной решетки приближенно равен произведению КНД на КПД:

При qск.е=30°: G = ή*D0*cosqск= 179*cos30*0.95=147, где D0=4pSn/l2, ή = 0,95, При qск.h=25°: G = ή*D0*cosqск = 179*cos25*0.95=154

Ширина диаграммы направленности на уровне 0.5 по мощности:

При qск=25°: Dqh0.5=18°, Dqe0.5= 15 °

Заключение

В данной курсовой работе была сконструирована вибраторная антенная решетка с концентрической схемой расположения излучателей обеспечивающая максимальный угол сканирования qск = 25 и удовлетворяющая техническому заданию. Все расчеты проводились в специальной программе "Mathcad".

Список литературы

1. Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. - М.: Радио и связь, 1994 г.

2. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высшая школа, 1988.

3. Проблемы теории и техники антенн / Под редакцией Бахраха, Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1989 г.

4. Амитей Н., Галиндо В., Ву Ч. Теория и анализ ФАР / Пер с англ. -М.: Мир, 1974 г.

 Скачать реферат