Описание характеристик антенны, предназначенной для радиолокационного обнаружения. Выбор формы и расчет амплитудного распределения поля раскрыва зеркала. Определение параметров облучателя и фидерного тракта. Конструкция антенны и согласующего устройства.
Аннотация к работе
Широкое применение ЗА объясняется простотой их конструкции, возможностью получения высокой направленности, сохранением направленных свойств в широкой полосе частот, малыми активными потерями, малой шумовой температурой. ЗА позволяют в широких пределах изменять ширину и форму диаграммы направленности (ДН), уровень боковых лепестков, вид поляризации; могут применяться для управления ДН в значительном угловом секторе; широко используются в технике радиолокации, радионавигации сверхвысоких частот (СВЧ), радиотелеуправлении, радиосвязи на УКВ (радиорелейные линии); являются наиболее распространенным типом антенн, используемых для радиотелескопов и для космической связи. В ЗА применяются следующие основные типы зеркал: параболические (параболоид вращения, усеченный параболоид, параболический цилиндр), сферические, плоские и уголковые, специальной формы, двух-и многозеркальные. Для получения веерной ДН используются зеркала: параболический цилиндр, симметрично-усеченный параболоид, сегментная парабола. В качестве облучателя антенны применим волноводно-рупорный облучатель, т.к. изменяя размеры рупора в плоскостях Е и Н можно реализовать практически любое требуемое амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала.После выбора распределений поля и в двух плоскостях можно рассчитать размеры раскрыва. Размер раскрыва в каждой плоскости определяется исходя из заданной ширины ДН в этой плоскости, рабочей длины волны и выбранного распределения поля, определяющего множитель направленности . Ширина ДН будет зависеть обратно пропорционально размеру раскрыва, т.е. с увеличением размера раскрыва ДН становиться уже и наоборот. Определим размеры раскрыва: 1.Параметры зеркальной антенны в значительной степени определяются облучателем. В параболоиде вращения облучатель должен создавать сферическую волну. После отражения от зеркала фронт волны становиться плоским, а амплитуда убывает с удалением от зеркала обратно пропорционально расстоянию. Проведем расчет ДН облучателя в двух плоскостях: 1) Расчет ДН облучателя в Н плоскости В формуле (3) нужно находить через угол . по соотношению: В Е плоскости выражение для расчета ДН облучателя будет следующим: Для расчета следует задаться углом раскрыва в плоскости Н .Облучатель должен иметь общий фазовый центр в двух плоскостях, совмещенный с фокусом антенны. На основе рассчитанных в предыдущем пункте ДН облучателя можно определить приближенные размеры раскрыва рупора . Для это по графикам ДН (рис.3 и рис.4) необходимо определить ширину ДН облучателя в обеих плоскостях по уровню 0,707 (уровень половинной мощности). Определяем: - ширина ДН облучателя в Е плоскости; - ширина ДН облучателя в H плоскости. Скорректированные значения рупора : ар =5,54 (см), bp =6,645 (см) эти значения скорректированы, так чтобы при расчете реальной ДН рупора отличие от идеальной ДН рупора составило не более чем 7-9 %.Графики реального и идеального распределения и их относительной ошибки строятся на одном графике. Учитывая все вышесказанное проведем расчет реального распределения поля в зеркале: 1) Расчет реального амплитудного распределения поля в Е плоскости Графики реального и идеального распределения поля в Е плоскости и их относительной ошибки представлены на рис.7. Графики реального и идеального распределения поля в Н плоскости и их относительной ошибки представлены на рис.8. Далее переходим к расчету ДН антенны в плоскостях Е и Н, которые можно определить по формулам, приведенным в [3]: 1) Расчет ДН антенны в E плоскостиФидерный тракт является устройством, подводящим энергию поля к антенне. Фидерный тракт должен: 1) Работать в заданном диапазоне частот. Учитывая выше сказанное, выберем фидерный тракт для нашей антенны. В диапазоне СВЧ обычно используют в качестве фидерной линии волновод, чаще всего прямоугольный. В нашем случае для заданного диапазона длин волн был выбран волновод (в п.5) с размерами мм и мм.Коэффициент направленного действия синфазного раскрыва ЗА в направление максимума излучения определяется по формуле: (13) где - площадь раскрыва, n - коэффициент использования поверхности (КИП) раскрыва. Значения NE , NH можно определить по таблице 1.2 (из [2]) для выбранных распределений поля. Далее по формуле (13) определяем КНД антенны D=3,835?103. Коэффициент усиления антенной системы определяется произведением КНД на результирующий КПД антенны. Результирующий КПД антенной системы определяется как произведение КПД антенны в двух плоскостях, которые можно определить по формуле: (14) где - нормированная ДН облучателя в Е и Н плоскостях.Искажения фазового фронта в раскрыве зеркала должны быть не больше величины l/8 и в крайнем случае не должны превышать l/4. Нормами на максимально допустимые искажения фазы поля в раскрыве определяются точностью выполнение профиля зеркала и точностью установки фазового центра облучателя в фокусе. Исходя из максимально допустимой фазовой ошибки в раскрыве, равной p/4, можно определить допуск на точность изготовления профиля зеркала.
План
Содержание
1.Введение
2. Выбор формы раскрыва зеркала
3. Выбор функции амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала
4. Расчет размеров раскрыва
5. Расчет ДН облучателя
6. Выбор и проектирование облучателя
7. Расчет реального распределения поля и ДН зеркала
8. Выбор фидерного тракта
9. Расчет основных параметров антенны
10. Расчет конструкции антенны
11. Согласующего устройства
12. Описание устройства СВЧ (Поляризатор)
13.Заключение
14. Список литературы
Введение
Зеркальные антенны (ЗА) - наиболее распространенный тип остронаправленных антенн. Они применяются в различных диапазонах волн, начиная от оптического и кончая коротковолновым. Широкое применение ЗА объясняется простотой их конструкции, возможностью получения высокой направленности, сохранением направленных свойств в широкой полосе частот, малыми активными потерями, малой шумовой температурой. ЗА позволяют в широких пределах изменять ширину и форму диаграммы направленности (ДН), уровень боковых лепестков, вид поляризации; могут применяться для управления ДН в значительном угловом секторе; широко используются в технике радиолокации, радионавигации сверхвысоких частот (СВЧ), радиотелеуправлении, радиосвязи на УКВ (радиорелейные линии); являются наиболее распространенным типом антенн, используемых для радиотелескопов и для космической связи.
В ЗА применяются следующие основные типы зеркал: параболические (параболоид вращения, усеченный параболоид, параболический цилиндр), сферические, плоские и уголковые, специальной формы, двух- и многозеркальные.
ЗА с рефлекторами в виде параболоида вращения создают игольчатую ДН. Такие антенны широко используются для точного определения угловых координат цели.
Вследствие трудностей обнаружения цели в процессе поиска преимущества таких диаграмм не всегда могут быть реализованы, поэтому иногда расширяют ДН в одной из главных плоскостей (чаще в вертикальной) и получают простую веерную ДН. Для получения веерной ДН используются зеркала: параболический цилиндр, симметрично-усеченный параболоид, сегментная парабола. Антенны с веерными ДН применяются в РЛС обзора поверхности или обзора пространства, а также в радионавигационных устройствах.
Антенны наземных (корабельных) радиолокационных станций обнаружения воздушных целей и самолетных РЛС поиска наземных целей обычно имеют ДН узкую в горизонтальной плоскости и специальной формы в вертикальной плоскости. Обзор пространства в таких станциях обеспечивается путем качания (в секторе)или вращения ДН по азимуту. Кроме параболических зеркал применяют сферические зеркала, которые обеспечивают качание луча в широком угловом секторе путем перемещения облучателя по дуге окружности с радиусом равным половине радиуса сферы.
ЗА являются наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии, и именно с помощью ЗА удается создавать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров.
2. Выбор формы раскрыва
В ТЗ необходимо рассчитать зеркальную антенну, предназначенную для РЛС обнаружения.
Так как заданный уровень УБЛ в плоскостях Е и Н довольно сильно отличается, то следует от круглого раскрыва перейти к прямоугольному.
В качестве облучателя антенны применим волноводно-рупорный облучатель, т.к. изменяя размеры рупора в плоскостях Е и Н можно реализовать практически любое требуемое амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала. Для облегчения зеркала и уменьшения парусности зеркало можно изготовить не сплошным.
Благодаря применению круговой поляризации удастся практически исключить влияние отраженных от зеркала волн на распределение поля в фидере.
3. Выбор функции амплитудного распределения
1) Расчет амплитудного распределения поля в Е плоскости
Выбираем для плоскости Е распределение, позволяющее реализовать заданный УБЛ, следующего вида: , (1)
Пользуясь таблицей 2 из [2], строим графики зависимости УБЛЕ(DE) и коэффициентов направленности .
По заданному первому УБЛ в плоскости Е равному -24.6, по графикам находим величину скачка поля на краю зеркала и значение коэффициента направленности . Пользуясь полученными значениями рассчитываем функцию , график которой приведен на рис.1.
Рис.1 Распределение поля в Е плоскости
2) Расчет амплитудного распределения поля в Н плоскости
Расчет производится аналогично плоскости Е.
Выбираем для плоскости Н распределение, позволяющее реализовать заданный УБЛ, следующего вида: , (2)
Пользуясь таблицей 2 из [2], строим графики зависимости УБЛЕ(DE) и коэффициентов направленности .
По заданному УБЛ в плоскости Н равному -30,4, по графикам находим величину скачка поля на краю зеркала и значение коэффициента направленности . Пользуясь полученными значениями рассчитываем функцию , график которой приведен на рис.2.