Расчет диаграммы направленности одиночного излучателя, амплитудного распределения и числа элементов ФАР. Предельно допустимая мощность в излучателе, его анализ на пробой. Коэффициент усиления и оценка широкополосности антенны. Конструкция излучателя.
При этом в большинстве практических случаев необходимо, чтобы острая направленность антенны сочеталась с высокой скоростью перемещения антенного луча в пространстве, движением его по любой заданной программе, обзором весьма широкого сектора пространства, автоматическим управлением и т.д. Электрический способ управления положением диаграммой направленности обладает наибольшим быстродействием и применяется в тех ситуациях, когда скорости слежения, обеспечиваемой двумя другими способами, бывает недостаточно, например при управлении воздушным транспортом в современных аэропортах. При электрическом управлении перемещением луча амплитудно-фазовое распределение возбуждения в раскрыве регулируется с помощью электронно-управляемых устройств, например полупроводниковых или ферритовых фазовращателей и коммутаторов. Наличие большого числа фазовращателей, увеличение протяженности тракта, использование делителей мощности и других элементов увеличивают тепловые потери в антенне и фазовые ошибки в ее раскрыве, что приводит к уменьшению коэффициента антенны и росту стоимости. Поэтому переход к АР с электрическим сканированием целесообразен только в тех строго аргументированных случаях, когда механический способ не обеспечивает требуемых характеристик управления, при выполнении задачи одновременного сопровождения нескольких целей в пространстве или при необходимости адаптации к помеховой обстановке при наличии нескольких прицельных помех.В техническом задании предложено спроектировать линейную ФАР из вибраторных излучателей, настроенную на длину волны при максимально допустимой мощности в антенне , а также с заданным уровнем боковых лепестков . Также в работе необходимо показать конструкцию одного излучателя, который при определении предельно допустимой мощности должен быть исследован на пробой. Антенну предполагается использовать не только в настроенном режиме, поэтому нужно определить полосу частот, в которой параметры антенны будут удовлетворять поставленной задаче, а также условиям эксплуатации. Значение мощности в антенне говорит о том, что ее предполагается использовать в режиме передачи, следовательно, следует учесть специфику этого режима как при проектировании фидерного устройства, так и всего устройства в целом. По заданию луч должен перемещаться в H-плоскости, соответственно, излучатели должны быть ориентированы таким образом, чтобы ось антенны лежала в H-плоскости каждого из излучателей.При условии, что в антенне используются тонкие вибраторы, конкретная толщина вибратора не влияет на расчет диаграмм направленности, поэтому диаметр плеча вибратора предполагается уточнить при анализе излучателя на пробой. Высоту крепления вибратора выберу следующей: Такая высота позволяет заменить экран в расчетах зеркальным изображением вибратора. Влияние зеркального изображения на диаграмму направленности симметричного вибратора, установленного над экраном, выражается в том, что расчетные формулы для диаграмм направленности в плоскостях E-и H-должны быть изменены с учетом множителя и с учетом того, что излучение не может распространяться в направлении за экраном.Как было сказано ранее, для обеспечения уровня боковых лепестков следует использовать неравномерное распределение питающих токов. При величине "пьедестала" 0.4 нормированное распределение амплитуд токов по элементам решетки будет иметь вид: , где N - число излучателей решетки. Поскольку сектор сканирования и ширина диаграммы направленности в техническом задании не указаны, то для выбора числа излучателей достаточно выполнения условий, при которых диаграмма направленности множителя решетки позволяет осуществлять качание луча в заметном диапазоне.Определенные в предыдущем пункте амплитудное распределение и число элементов решетки с учетом известной мощности поля в антенне позволяют найти максимальный мощность, приходящуюся на один излучатель. Нормированное распределение мощности по излучателям при их одинаковом входном сопротивлении определяется, как Из допущения, что подводимая к антенне мощность не рассеивается на элементах фидерного тракта и делится между излучателями в соответствии с заданным законом, можно сделать вывод о доле мощности, приходящейся на центральный излучатель линейной антенной решетки: Отсюда Антенна же должна эксплуатироваться в таком режиме, в котором эффективная напряженность поля вблизи вибратора в 1.5-2 раза меньше критической, т.е. Характеристика направленности множителя решетки в плоскости (H-плоскость) определяется в соответствии с формулой , где и - амплитуды и фазы токов, подводимых к элементам решетки, причем в случае излучения, нормального к оси решетки . В плоскости (E-плоскость) направленные свойства у множителя решетки отсутствуют и ДН постоянна по уровню.Коэффициент усиления ФАР в направлении максимального излучения при знании коэффициента усиления одиночного излучателя можно определить по формуле , где N - число элементов решетки, а - коэффициент использования поверхности раскрыва, который определяет влияние амплитудного расп
2.2 Выбор амплитудного распределения и числа элементов ФАР
2.3 Предельно допустимая мощность в излучателе, его анализ на пробой
2.4 Расчет ДН решетки в режиме нормального излучения
2.5 Коэффициент усиления антенны
2.6 Расчет ДН решетки в режиме сканирования
2.7 Оценка широкополосности антенны
3. Схема питания
4. Конструкция излучателя и ее описание
Заключение
Список использованных источников
Введение
Одной из актуальных задач антенной техники является создание антенн с управляемыми диаграммами направленности. Свойство сканирования позволяет осуществлять сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. При этом в большинстве практических случаев необходимо, чтобы острая направленность антенны сочеталась с высокой скоростью перемещения антенного луча в пространстве, движением его по любой заданной программе, обзором весьма широкого сектора пространства, автоматическим управлением и т.д. Перечисленным требованиям удовлетворяют многоэлементные решетки излучателей с электрически управляемыми диаграммами направленности.
В общем случае сканирование бывает трех типов: механическое, электромеханическое и электрическое. Электрический способ управления положением диаграммой направленности обладает наибольшим быстродействием и применяется в тех ситуациях, когда скорости слежения, обеспечиваемой двумя другими способами, бывает недостаточно, например при управлении воздушным транспортом в современных аэропортах.
При электрическом управлении перемещением луча амплитудно-фазовое распределение возбуждения в раскрыве регулируется с помощью электронно-управляемых устройств, например полупроводниковых или ферритовых фазовращателей и коммутаторов. Быстродействие сканирования здесь ограничивается инерционностью, обусловленной постоянными времени электрических цепей, причем эта инерция на несколько порядков меньше механической инерции в двух первых способах.
Рис.1 Структурная схема ФАР
Переход от механического сканирования к электрическому приводит к усложнению конструкции антенны, связанному с применением ФАР. Наличие большого числа фазовращателей, увеличение протяженности тракта, использование делителей мощности и других элементов увеличивают тепловые потери в антенне и фазовые ошибки в ее раскрыве, что приводит к уменьшению коэффициента антенны и росту стоимости. Поэтому переход к АР с электрическим сканированием целесообразен только в тех строго аргументированных случаях, когда механический способ не обеспечивает требуемых характеристик управления, при выполнении задачи одновременного сопровождения нескольких целей в пространстве или при необходимости адаптации к помеховой обстановке при наличии нескольких прицельных помех.
На рис. 1 показана структурная схема электрически управляемой ФАР. Мощность с выхода передатчика поступает в распределительно-управляющее устройство. Здесь осуществляется деление этой мощности в нужной пропорции между излучателями решетки, а также обеспечивается создание требуемых фазовых сдвигов между токами в них. Для решения этих задач в распределительно-управляющих устройствах применяются делители мощности, фазовращатели, коммутаторы, аттенюаторы и другие элементы фидерного тракта.
Для формирования диаграммы направленности в одной плоскости применяются линейные антенные решетки из антенных элементов, расположенных вдоль прямой линии. Управление положением антенного луча такой решетки, как правило, осуществляется путем изменения фазового сдвига между токами в соседних излучателях на одну и ту же величину.
Формируемая решеткой диаграмма направленности зависит от диаграмм направленности отдельных излучателей, их взаимного расположения и числа, а также от амплитудно-фазового распределения поля между излучателями. Данная работа предполагает использование симметричных вибраторов в качестве элементов ФАР (см. рис.2).
Рис.2 Плоская решетка вибраторных антенн
Вибраторные излучатели широко применяются в фазированных антенных решетках в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Широкое применение вибраторных ФАР обусловлено рядом их достоинств: относительно малой массой, устойчивостью к атмосферным внешним воздействиям, возможностями складывания и быстрого разворачивания в мобильных радиотехнических системах, получения произвольной поляризации и управления поляризационной характеристикой излученного поля, управления ДН отдельных излучателей, благодаря включению управляемых нагрузок.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
