Курсовые по Устройствам СВЧ и антеннам 2 (АнтенныСВЧ-курсач1)

Посмотреть архив целиком

Московский Авиационный Институт

(Государственный технический университет)


Факультет радиоэлектроники летательных аппаратов.

КАФЕДРА 406




Расчётно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:

«Устройства СВЧ и антенны».



Тема проекта:

«Линейная ФАР с электрическим сканированием».













Проектировал: ст. гр. 04-318 Гурьянов А.В

Консультировал: Максимов В. М.










МОСКВА, 2004 г.













































































Введение

В процессе развития радиотехники и электроники антенны претерпели существенное изменение: из простых устройств (один вибратор или несколько) преобразовались в сложные управляемые многоэлементные системы с активными приборами. Если на первых этапах развития антенна должна была обеспечить эффективное излучение и прием, то потом от антенны потребовалось значительное усиление, получаемое за счет направленности действия.

В питающем антенную решетку тракте (фидере) возможна различная пространственно-временная обработка сигнала. Изменение фазового распределения в решетке с помощью системы фазовращателей в питающем тракте позволяет управлять максимумом диаграммы направленности. Такие решетки называются фазированными антенными решетками (ФАР).

Перемещение луча в антенной решетке в пространстве может быть осуществлено : 1) изменением частоты колебаний подключенного генератора или приемника; 2) изменением фазового сдвига между излучателями с помощью системы включения в питающий тракт фазовращателей; 3) коммутацией излучающих элементов решетки, шага излучателей или отрезков питающих трактов. Если эти управления положением луча осуществляются электрически, то такие антенны называются электрически сканирующими. Остронаправленные электрически сканирующие антенны позволяют осуществлять быстрый (безынерционный) обзор пространства, установку луча в заданную точку пространства, сопровождение цели и т.д.

Современные устройства СВЧ с полупроводниковыми приборами и электрически управляемыми средами позволяют не только создать управляемое фазовое распределение в антенной решетке (т.е. осуществить электрическое сканирование), но и произвести первоначальную обработку поступающей информации (суммирование полей, преобразование частот, усиление и т.д.) непосредственно в высокочастотном тракте.

Обеспечение заданных требований к решетке с электрическим сканированием при проектировании может быть достигнуто при использовании различных типов излучателей, расстояния между ними, формы решетки и т.д. Одной из главных задач проектирования является нахождение оптимального варианта решетки при заданных требованиях с учетом имеющихся возможностей возбуждения, размещения, изготовления и условий работы.

Главное преимущество АР с электрическим сканированием заключается в том, что сканирование осуществляется при неподвижной антенне с более высокой скоростью, чем у антенн с механическим сканированием. Также, как было сказано выше, ФАР может произвести первоначальную обработку информации в самом тракте СВЧ.

ФАР применяются для создания сканирующих остронаправленных антенн, то есть таких антенн, у которых больше коэффициент усиления, лучше помехозащищённость и электромагнитная совместимость с другими радиотехническими системами. Решётки применяются в радиолокационных и радионавигационных станциях, в радиосвязи, в космосе и в других областях.

К недостаткам АР можно отнести то, что они представляют собой очень сложные системы с большими габаритами и стоимостью, так же требуют сложных методик расчёта. Применение таких устройств как, например, фазовращателей и других дополнительных систем приводит к увеличению фазовых ошибок, тепловым потерям, к уменьшению коэффициента усиления.

Таким образом, из всего изложенного становится понятно роль АР в современных радиотехнических системах, их возможности в обеспечении требуемых характеристик антенн и всей радиосистемы

























Расчёт геометрии излучающей части антенны.


Наша задача с проектировать линейную ФАР, в которой используются рупорные излучатели, каждый излучатель представляет собой Н-плоскостной секторный рупор.










Необходимо найти размеры окна, а в, а так же число излучателей в ФАР N, толщину стенок t, шаг решетки d , и длинну решетки.




1




2





N






N-1






Рис. 1



Исходя из места установки радиосистемы и условий эксплуатации необходимо обеспечить минимальный вес. Для этого зададимся t = 0.5 мм. Для уменьшения размеров волновода и решетки берем b=0.330

Значение а и L вычисляем по формуле:


L=50.8=541.867 ; L=68.8=55.04 где а=L, -ширина диаграммы направленности в горизонтальных и вертикальных плоскостях соответственно.

Найдём количество излучателей в решётке:

Округлим N до большего, целого числа:

Посчитаем уточенные значения и :

Расчёт диаграмм направленности.


волновое число.


Диаграмма направленности одиночного излучателя в горизонтальной плоскости:



Диаграмма направленности одиночного излучателя в вертикальной плоскости:


[2, стр.165]




Множитель решётки:


- обобщенная угловая координата.

Диаграмма направленности антенной решётки для



















Д

иаграмма направленности антенной решётки для












Расчёт элементов тракта антенны.


Выбор электрической схемы антенны.


В качестве электрической схемы антенны данного курсового проекта выбираем фидерную систему, поглощающую отраженную волну и обеспечивающую развязку излучателей, которой является делитель мощности, в котором в качестве элементов связи используются направленные ответвители. При проектировании антенны мы будем использовать схему с последовательным делением мощности (рис. 2). Так как при параллельном делении, при большом количестве излучателей, возникает сложность с согласованием.
































Выбор размеров поперечного сечения волновода.


Выбор размеров поперечного сечения прямоугольного волновода a и b производится из условия распространения в волноводе только основного типа волны H10:

Примем . Размер b должен удовлетворять условию b< может быть выбран равным , что и было сделано в начале.


Произведём расчёт на электрическую прочность, максимальная мощность может быть выбрана по формуле:

-максимальное значение полной мощности излучения. [конспект лекций]

[2, стр. 253]

Где предельное значение напряженности поля, при которой наступает электрический пробой(для воздуха при нормальных условиях).
















Номер направленного ответвителя.

Коэффициент связи.

Сn

Коэффициент связи.

Сn [дБ]

Размер щели ответвителя.

, [мм]

0

0,021

-17

9,6

1

0,021

-17

2

0,022

-17

3

0,022

-17

4

0,023

-16





10,4

5

0,023

-16

6

0,024

-16

7

0,024

-16

8

0,025

-16

9

0,026

-16

10

0,026

-16

11

0,027

-16

12

0,028

-16

13

0,029

-15

10,88

14

0,029

-15

15

0,03

-15

16

0,031

-15

17

0,032

-15

18

0,033

-15

19

0,034

-15

20

0,036

-14

11,2

21

0,037

-14

22

0,038

-14

23

0,04

-14

24

0,042

-14

25

0,043

-14

26

0,045

-13

11,52

27

0,048

-13

28

0,05

-13

29

0,053

-13

30

0,056

-13

31

0,059

-12


12

32

0,063

-12

33

0,067

-12

34

0,071

-11


12,32

35

0,077

-11

36

0,083

-11

37

0,091

-10


12,64

38

0,1

-10

39

0,111

-10

40

0,0125

-9

12,96

41

0,143

-8

13,28

42

0,167

-8

13,28

43

0,2

-7

13,6

44

0,25

-6

13,92

45

0,333

-5

14,56

46

0,5

-3

15,2

47

1

0


Расчёт

направленных ответвителей.

[2, стр.244]


Расчёт моста СВЧ (Рис. 3).


Волноводно-щелевой мост представляет собой два прямоугольных волновода, часть общей узкой стенки которых длинной вырезается. Размер А этого волновода выбирается таким образом , чтобы в нем распространяющимися были волны

В области отверстия связи возбуждаются волны T и H10. Длину моста выбираем из условия обеспечения разности фаз между этими волнами


-толщина стенок,



[4, стр. 44]






Расчёт отражательных фазовращателей.


Рассчитаем резонансную длину и ширину щели.