Курсовые по Устройствам СВЧ и антеннам 2 (ФАРзаписка)

Посмотреть архив целиком

Московский Авиационный Институт

(Государственный Технический Университет)














Пояснительная записка к

курсовой работе

по антеннам и устройствам СВЧ:

«Расчёт и проектировка ФАР»














Студент гр.04-316 : Якимушкин Д.О.

Преподаватель : Пономарёв Л.И.











Москва 2005г.

Оглавление

стр.

  1. Оглавление………………………………………………………………….……2

  2. Введение……………………………………………………………………………3

  3. Определение геометрических размеров ФАР.……...5

  4. Выбор размеров волновода…………………………………….……8

  5. Расчет излучающего рупора………………………….…………..8

  6. Выбор фазовращателя………………………………………………….9

  7. Выбор коаксиального кабеля……………………………………..9

  8. Диаграммы направленности……………………………………….11

  9. Расчет делителей мощности…………………………………….15

  10. Список литературы………………………………………………………18

  11. Приложения.
















Введение

Проектирование антенн сверхвысоких частот.


Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее излучение и прием радиоволн, является неотъемлемой частью любой радиотехнической системы. К антенне предъявляется ряд технических требований, вытекающих из назначения радиосистемы, в которой она применяется. Условия размещения и работы антенны влияют на ее характеристики. Реализуемость требуемых направленных свойств, частотных, энергетических и др. характеристик антенны во многом зависит от рабочего диапазона волн. В диапазоне СВЧ антенны создают остронаправленное излучение с шириной луча в единицы и доли градусов и имеют коэффициент усиления, достигающий десятков и сотен тысяч.

Кроме радиолокации, устройства СВЧ используются в телевидении, радиоуправлении, радионавигации, радиосвязи, телеметрии, в ускорительных установках.

В настоящее время широкое распространение получили остронаправленные сканирующие антенны СВЧ. Сканирование позволяет осуществлять обзор окружающего пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. Замена слабонаправленных антенн остронаправленными сканирующими антеннами позволяет получить не только энергетический выигрыш в системе благодаря возрастанию коэффициента усиления антенны, но и в ряде случаев ослабить взаимное влияние одновременно работающих различных радиотехнических систем, т.е. обеспечить электромагнитную совместимость этих систем. При этом могут быть улучшены помехозащищенность, скрытность и т.д.

Применение фазированных антенных решеток (ФАР) для создания сканирующих остронаправленных антенн позволяет реализовать высокую скорость обзора пространства и способствует увеличению получаемой информации о распределении источников излучения или отражения э/м волн в окружающем пространстве.


Основные требования к антенным системам СВЧ и возможности применения антенных решеток.


Основные требования, предъявляемые к антенне, определяются объемом обрабатываемой информации и связаны с дальностью действия, разрешающей способностью, точностью определения координат, быстродействием, надежностью, помехозащищенностью и другими характеристиками радиотехнической системы.

Требования направленности действия антенны предопределяют форму и ширину пространственной диаграммы направленности (в 2 главных плоскостях), допустимый уровень боковых лепестков, коэффициент направленного действия (КНД).

Энергетические характеристики передающих и приемных антенн позволяют определить: мощность сигнала на входе приемного устройства, максимально допустимую мощность излучения, при которой обеспечивается электрическая прочность и допустимый тепловой режим, мощность, требуемую для управления положением луча в пространстве, мощность СВЧ потерь в антенно-фидерном тракте и мощность шумов в приемной антенне. Эти мощности характеризуются: КУ антенны, КПД антенны и используемых устройств СВЧ, шумовой температурой, входным сопротивлением, добротностью антенны и допустимой напряженностью электрического поля.

Частотные свойства антенн характеризуются наибольшим изменением частоты излучаемого (принимаемого) сигнала, при котором основные параметры антенны не выходят за допустимые пределы. Частотные свойства в зависимости от требований к радиосистеме, в которой будет использована проектируемая антенна, определяется по изменению направленности действия или энергетических характеристик. Требуемая полоса частот определяется условием одновременного излучения или приема антенной сигнала с заданным спектром частот. Диапазон частот определяется условием работы антенны последовательно во времени на различных частотах рабочего диапазона, т.е. допускает при изменении рабочей частоты радиосистемы синхронное изменение некоторых параметров антенны. Например, в антенной решетке с электрическим сканированием, чтобы сохранить направление луча в пространстве при изменении рабочей частоты передатчика, изменяется фазовое распределение вдоль решетки.

С помощью пеленгационных характеристик определяются угловые координаты объектов и точность их измерения.

ФАР осуществляет электрическое сканирование луча в пространстве со скоростью, которая может быть на несколько порядков выше скорости механически сканирующих антенн.

Решетки из остронаправленных антенн позволяют увеличить предельно-реализуемую разрешающую способность, усиление и максимально излучаемую мощность. Решетки позволяют создать многофункциональные антенны, в которых с помощью электрически управляемых устройств СВЧ меняются форма и ширина ДН в зависимости от выполняемых радиосистемой функций.

В антенной решетке можно включить направленные ответвители (НО), фазовращатели, коммутаторы и др. элементы, обеспечивающие требуемое распределение или управление.

В конструктивном отношении применение антенных решеток позволяет уменьшить продольные размеры (в направлении нормали к плоскости решетки) остронаправленных антенн, а, следовательно, занимаемые ими объемы.


Антенны с электрическим сканированием.


Антенны с электрическим сканированием в общем случае могут рассматриваться как решетки с управляемым фазовым или амплитудно-фазовым распределением. В таких антенных решетках применяются различные типы излучателей и канализирующих систем, а также разнообразные способы возбуждения излучателей и управления амплитудно-фазовым распределением при сканировании. В линейных и плоских антенных решетках при электрическом сканировании меняется эквивалентный излучающий раскрыв, т.е. проекция раскрыва на плоскость, нормальную к направлению луча и меняются направленные свойства.

Ширина ДН каждого излучателя, их число и расположение в решетке определяются требованиями к направленности действия антенны, пространственному сектору сканирования, условиями размещения и эксплуатации антенны.

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, размещения, изготовления и условий работы.

Возбудить излучатели можно с помощью волноводов, коаксиальных и полосковых линий и др. типов канализирующих систем по параллельной, последовательной, ветвистой и др. схемам питания.

Выбор схемы возбуждения при проектировании определяется способом сканирования, допустимыми потерями в антенне, а также габаритами и массой.

При неизменной рабочей частоте радиосистемы управление фазовым распределением в антенне с электрическим сканированием возможно с помощью фазовращателей. Этот способ наз. фазовое сканирование луча антенной решетки. Включение системы фазовращателей в возбуждающее антенну устройство (делитель мощности) позволяет осуществить электрическое сканирование.





























Определение геометрических размеров ФАР


Найдем геометрические размеры Lx и Ly исходя из заданных значений длины волны и выбранного нами УБЛ(-22,4 дБ).(Рис.1)


=0,1

Выбираем коэффициенты:

Рассчитываем Lx и Ly:

(мм)


Для заданной полосы частот ±3%:


Для нормальной работы решетки необходимо, чтобы в области действительных углов находился лишь один главный максимум решетки, а дифракционные максимумы отсутствовали.


В вертикальной плоскости сектор сканирования луча:


В горизонтальной плоскости сектор сканирования луча


Для заданной полосы частот ±3%:


(мм)

(мм)

Выбираем максимальные значения для нормальной работы.


Определим число излучателей N:






































Выбор размеров волновода


Основной волной в прямоугольном волноводе является волна . При выборе размеров поперечного сечения волновода с основной волной исходят из условий, при которых волна находится в докритическом режиме, а высшие типы волн находятся в закритическом режиме.

0.5; b<0.5

Практические формулы для выбора размеров поперечного сечения волновода имеют вид:

0.6 и b0.5a


Исходя из этого по справочнику выбираем стандартный волновод.

Внутренние размеры волновода: а=22.86 мм b=10.16 мм

Внешние размеры волновода: a=25.4 мм b=12.7 мм

Толщина стенок t=1.27 мм



Предельная мощность, пропускаемая волноводом с волной :


КБВ=0,692 КСВ=1,445


E = 30 кВ/см напряженность поля, при которой происходит пробой в воздухе.


Допустимая мощность = 1/5 предельной, равна 13,28 кВт.




Расчет излучающего рупора.

Рис.2 и 3.

Длинна рупора в плоскости Н определяется:

Длинна рупора в плоскости Е определяется:




Выбор фазовращателя


Выбираем невзаимный двухстержневой фазовращатель с ферромагнитным терроидальным сердечником.


Характеристики фазовращателя:

Частота, Ггц 9.5…10.5

Фазовый сдвиг, град 360

Мощность,Вт

Импульсная 250

Средняя 3

Сигналов переключения 0.33

Время переключения, мкс 200

Масса, г 21


Вычисление длины фазовращателя:

Выбор коаксиального кабеля.


Для того чтобы все высшие типы волн находились в закритичном режиме, необходимо выполнение условий:


1) ∙(R+r)< R+r<1.051 см

R=0.7 см r=0.1см

2) P

Pmax=E2max r2 ln(R/r)/120 кВт где E2max=30 кВт

Pmax=146кВт

Условие 1 и 2 выполняются

















Диаграммы направленности:


Диаграмма направленности изолированного излучателя в вертикальной плоскости
























Диаграмма направленности изолированного излучателя в горизонтальной плоскости



Диаграмма направленности для всей решетки в горизонтальной плоскости при нулевом отклонении луча.












Диаграмма направленности ФАР при отклонении луча от нормали на заданный(максимальный) угол сканирования.




Диаграмма направленности ФАР при изменении частоты на 3%.














Расчёт делителя мощности.


Делитель мощности СВЧ необходим, чтобы сформировать амплитудное распределение, подводимое к волноводным излучателям, для получения требуемой пространственной диаграммы направленности фазированной антенной решетки.


Амплитудное распределение:

Расчет делителей мощности:

ФАР симметрична.


Делители 1 и 13 Делители 2 и 12

Делители 3 и 11 Делители 4 и 10


Делители 5 и 9 Делители 6 и 8

Делитель 7 симметричен

Делитель 14 Делитель 15


Делитель 16 Делитель 17

Делитель 18 Делитель 19


Делитель 20 Делитель 21

Делитель 22 Делитель 23

Делитель 24






Список литературы:


1. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. Под редакцией Воскресенского Д.И. Москва, Радио и связь, 1981 г.


2. Воскресенский Д.И.; Гостюхин В.Л.; Максимов В.М.; Пономарев Л.И.

Антенны и устройства СВЧ. Москва, издательство МАИ, 1999 г.


3.Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Под редакцией Воскресенского Д.И. Москва, издательство Сов. радио 1972 г.


4. Микроэлектронные устройства СВЧ под редакций проф. Г.И. Веселова,

Москва Высшая школа, 1988г.


5. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств под ред. В.И. Вольмана, Москва, Радио и связь, 1982г.































20




Случайные файлы

Файл
118762.rtf
26104-1.rtf
30252-1.rtf
71800.rtf
179980.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.