Линейная антенная решетка - Курсовая работа

Антенны СВЧ широко применяют в различных областях радиоэлектроники - связи, телевидении, радиолокации, радиоуправлении, а также в системах инструментальной посадки летательных аппаратов, радиоэлектронного противодействия, радиовзрывателей, радиотелеметрии и др. Замена слабонаправленных или ненаправленных антенн, например связных, остронаправленными сканирующими позволяет не только получать энергетический выигрыш в радиотехнической системе за счет увеличения коэффициента усиления антенн, но и в ряде случаев ослаблять взаимные влияния одновременно работающих различных систем, т.е. обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС). При механическом сканировании, выполняемом поворотом всей антенны, максимальная скорость движения луча в пространстве ограничена и при современных скоростях летательных аппаратов оказывается недостаточной. Поэтому возникла необходимость в разработке новых типов антенн. Антенные решетки применяются для повышения усиления всей системы в сравнении с отдельным антенным элементом, а также получения возможности управления формой диаграммы направленности .Определим среднюю длину волны рабочего диапазона антенной решетки: Так как ширина рабочего диапазона превышает 55% от средней длины волны, то берется коническая спираль. С помощью заданных длин волн, рассчитаем длину первого и последнего витков спирали: L1=0.75 ? min= 6.75 см. Длина витка эквивалентной цилиндрической спирали принимается равной средней длине волны заданного рабочего диапазона: L= ?ср = 18 см. Длина антенны определяется по требуемой ширине ДН антенны по уровню 0,707 поля в вертикальной плоскости: Так как необходимо обеспечить круговую поляризацию поля антенны, шаг спирали находится из условия: S=0.22 ?ср=3.96 см. С помощью этого угла, можно найти половину угла при вершине конуса конической спирали : Количество витков реальной конической спирали определяется по формуле: Радиусы первого и последнего витков конической спирали излучателя.Диаграмма направленности линейной антенной решетки в горизонтальной плоскости зависит от числа излучателей, расстояния между ними и формы амплитудного распределения поля по раскрыву. По заданному уровню боковых лепестков выбирается из таблицы 1 форма амплитудного распределения по раскрыву антенны и соответствующее ей выражение для множителя направленности в горизонтальной плоскости. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости должна составлять 12 градусов. Множитель направленности антенной решетки в горизонтальной плоскости представлен на рисунке 2 и определяется выражением: Рисунок 2. Таким образом, диаграмма направленности антенной решетки в горизонтальной плоскости определяется произведением диаграммы направленности одиночного излучателя и множителя направленности антенной решетки: Нормированная диаграмма направленности линейной антенной решетки в горизонтальной плоскости представлена на рисунке 3.Линия передачи по заданию имеет сопротивление 75 Ом. Определим параметры коаксиального кабеля, обеспечивающего данное сопротивление. Вращающиеся сочленения предназначены для передачи высокочастотной энергии от неподвижного передатчика к антенне, вращающейся с заданной скоростью в горизонтальной или вертикальной плоскостях. Диаметр наружного проводника коаксиала D выбирается из следующих условий: если требуется, чтобы коаксиальная линия пропускала максимальную мощность, то отношение D/d = 2,72; если требуется получить минимальные потери в линии, то D/d-= 3,6. Для того чтобы получить минимальные потери в линии примем отношение D/d = 3.5 Диаметр внутреннего проводника коаксиала примем равным 6 мм.Так как волновое сопротивление коаксиальной линии передачи составляет 75 Ом, а волновое сопротивление спирального излучателя - 140 Ом, то необходимо применять согласующие устройства для согласования линии передачи со спиралью. Волновые сопротивления соседних ступенек не сильно отличаются друг от друга, а значит, практически, отсутствует переотражение волны от ступенек. Сопротивление первой ступеньки: Сопротивление второй ступеньки: Сопротивление третьей ступеньки: Схематично ступенчатый трансформатор представлен на рисунке 7КПД определяется как отношение мощности, выделившейся в нагрузке , к мощности, подведенной к линии . В конструкции питающей линии присутствуют неоднородности, вызывающее отражение электромагнитной волны: вращающееся сочленение (0.03), согласующее устройство (0.002), ВЧ коаксиальное соединение (0.001).Электрическая схема линейной антенной решетки представлена на рисунке 8.Конструкция линейной антенной решетки из спиральных излучателей представляет собой металлический экран с размещенными на нем в линию коническими спиральными излучателями, установленный на поворотном столе и соединенный с ним коаксиальным кабелем с помощью вращающегося сочленения.

Содержание

Введение

1. Проектирование излучателя

2. Параметры линейной антенной решетки

3. Расчет линии передачи и вращающегося сочленения

4. Расчет согласующего устройства

5. Расчет делителей мощности. Расчет КПД антенны

6. Электрическая схема конструкции

7. Описание конструкции

Список литературы

Антенны СВЧ широко применяют в различных областях радиоэлектроники - связи, телевидении, радиолокации, радиоуправлении, а также в системах инструментальной посадки летательных аппаратов, радиоэлектронного противодействия, радиовзрывателей, радиотелеметрии и др. Успешное развитие радиоастрономии и освоение космоса во многом связаны с достижениями антенной техники СВЧ. В последние годы намечаются новые области использования СВЧ антенной техники, например для передачи СВЧ энергии на большие расстояния.

Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие антенны. Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. Замена слабонаправленных или ненаправленных антенн, например связных, остронаправленными сканирующими позволяет не только получать энергетический выигрыш в радиотехнической системе за счет увеличения коэффициента усиления антенн, но и в ряде случаев ослаблять взаимные влияния одновременно работающих различных систем, т.е. обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС). При этом могут быть улучшены помехозащищенность, скрытность действия и другие характеристики системы. При механическом сканировании, выполняемом поворотом всей антенны, максимальная скорость движения луча в пространстве ограничена и при современных скоростях летательных аппаратов оказывается недостаточной. Поэтому возникла необходимость в разработке новых типов антенн.

Антенная решетка (АР) - сложная направленная антенна , состоящая из совокупности отдельных слабонаправленных антенн (излучающих элементов), расположенных в пространстве особым образом. Антенные решетки применяются для повышения усиления всей системы в сравнении с отдельным антенным элементом, а также получения возможности управления формой диаграммы направленности .

В качестве элементарных излучателей в АР могут использоваться различные антенны как малой, так и большой направленности . Например в простейших решетках в качестве элементарной антенны могут быть установлены симметричные и несимметричные вибраторы, волноводные щели, печатные излучатели и т.п. В радиоастрономии используются системы из нескольких больших зеркальных антенн с узкой диаграммой направленности сориентированных в одном направлении. Это позволяет увеличить в N раз коэффициент усиления системы и принимать сигнал из пространства на малых отношениях сигнал/шум.

Антенные элементы в АР могут быть расположены различным способом. Если фазовые центры излучателей расположены в одной оси, то решетка называется линейной, если в плоскости - плоской. Существуют и более сложные варианты размещений антенных элементов в пространстве. Зачастую такие системы называют конформными, потому что они повторяют форму поверхности, на которой размещены излучатели. На пример это может быть поверхность летательного аппарата, спутника земли, либо сложный рельеф местности. Наиболее распространены антенные решетки, излучающие элементы которых расположены в одной плоскости.

В данной курсовой работе необходимо спроектировать линейную антенную решетку из спиральных излучателей.

Анализ задания.

В процессе проектирования необходимо выбрать излучатели антенной решетки и рассчитать их параметры, определить геометрические размеры линейной антенной решетки, форму амплитудного распределения по раскрыву и составить схему питания, обеспечивающую выбранное распределение. Рассчитать диаграммы направленности антенной решетки в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Обеспечить согласование линии передачи с излучателями. Рассчитать коэффициент полезного действия антенны и определить коэффициент бегущей волны. Разработать конструкцию линейной антенной решетки. линейная антенная решетка антенна

1. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Под редакцией профессора Воскресенского Д.И. - М.: Издательство "Советское радио", 1972 г.

2. Расчет и конструирование вращающихся сочленений. Пособие к курсовому проектированию под редакцией Мякишева Б.Я. МАИ, 1962 г.

3. Овчинникова Е.В. Антенны и устройства СВЧ [Конспект лекций, рукопись] / Е.В. Овчинникова, К.Д. Муллов \\ Антенны и устройства СВЧ. - М.: МАИ, 2012.

4. Фельдштейн, Явич Справочник по элементам волноводной техники "Советское радио", 1967 г.

5. Антенны УКВ. Под редакцией Г.З. Айзенберга М.: Издательство "Связь", 1977 г.

Размещено на .ru