Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Факультет №4

Кафедра № 406

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО

АНТЕННАМ И УСТРОЙСТВАМ СВЧ

НА ТЕМУ:

«Расчет и проектировка ФАР из вибраторных излучателей»

Студента группы 04-315

Хабирова Евгения Аркадьевича

Руководитель: Пономарев Л.И.

Теория.

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) и поляризационную характеристику антенны. Поляризационная характеристика определяет: поляризацию излучаемых и принимаемых волн, допустимый уровень кросс поляризационного излучения при линейной поляризации поля излучения.

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.

Особенности расчета ФАР.

В антенных решетках имеют место сложные явления взаимодействия излучателей, проявляющиеся в изменении направленности и входного сопротивления излучателя при включении его в решетку. В результате в решетке могут существенно измениться направленные свойства и энергетические характеристики антенны по сравнению с характеристиками, найденными без учета взаимодействия. В настоящее время интенсивно разрабатывается теория учета вза­имодействия в антенных решетках СВЧ. Инженерные методы расчета взаимодействия известны только для некоторых типов излучателей и определенного их расположения. Учет этого взаимодействия, изменяю­щегося при управлении фазовым распределением, в значительной сте­пени затрудняет расчет фазированных решеток СВЧ.

Взаимодействие излучателей в ФАР зависит от типа используемых излучателей, их размещения, по-разному влияет на характеристики антенн. Так взаимодействие резонансных слабонаправленных излу­чателей (резонансных вибраторов, резонансных щелевых антенн) в решетке приводит к существенному изменению входного сопротив­ления и резонансных свойств, так что при сканировании входное со­противление каждого излучателя в системе и согласование возбуждаю­щего тракта зависят от направления луча в пространстве. При этом изменение распределения излучающего тока (поля) и соответственно ДН излучателя незначительно.

Взаимодействие излучателей в антенных решетках различных типов (например, типа бегущей волны — диэлектрических стержневых, спи­ральных антеннах, волновых каналах или апертурных — волноводных, рупорных) проявляется в изменении распределения тока в излу­чателе и соответственно в изменении ДН элемента. Изменение ДН из­лучающего элемента в решетке проявляется в существенном измене­нии ее ширины и в появлении глубоких провалов (изрезанность), что приводит к значительному падению усиления антенн при некоторых положениях луча в пространстве и соответственно к рассогласованию возбуждающего тракта. Эффект взаимного влияния излучателей можно исключить путем соответствующего размещения излучателей, выбора их типа и размеров, применения диэлектрических покрытий и других «специальных мер. Поэтому в настоящей книге наряду с общими вопросами проектирования ФАР рассмотрен расчет излучающих элемен­тов решеток.

Нахождение оптимального варианта сканирующей антенны для за­данных требований с учетом характеристик излучателей, фазовращателей, канализирующих систем и других устройств СВЧ, которыми располагает разработчик, при проектировании значительно увеличи­вает объем всех проводимых расчетов.

Отдельные разделы теории антенных решеток СВЧ и электрического сканирования, опубликованные в литературе, предназначены в ос­новном для специалистов по антенным решеткам. Изучение и исполь­зование этой литературы при расчетах антенн различного назначения требуют больших затрат времени, что создает трудности при ин­женерном проектировании. Это привело к необходимости ввести ряд приближений и упрощений, что повлияло на точность расчета характе­ристик и привело к ограничению пределов их применимости.

Существуют различные методы расчета рассматриваемых антенн, отличающиеся точностью получаемых результатов и степенью слож­ности расчетов. Характеристики антенн, найденные с помощью приво­димых инженерных методик, могут быть уточнены с помощью более строгих методик расчета.

Проектирование ФАР связано с решением внешних и внутренних электродинамических задач теории антенн. При использовании при­ближенных методов анализа можно допустить независимое решение внешних и внутренних задач. Решение этих задач с учетом их взаимо­связи позволяет производить расчет характеристик антенн и поиск оп­тимального варианта антенны, наиболее соответствующего поставлен­ным требованиям. Такой подход позволил создать независимые мето­дики инженерного расчета антенных решеток с электрическим скани­рованием, решеток излучателей и их элементов.

Определение геометрических характеристик ФАР

Определим размеры решетки по координатам x и y:

( в горизонтальной плоскости)

( в вертикальной плоскости)

Множитель в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости различен, т.к. он зависит от амплитудного распределения по решетке. По заданию имеем УБЛ – 20Дб. По таблице 2.1 пособия 1 для заданного уровня боковых лепестков имеем закон амплитудного распределения:

Согласно с этими данными по указанной таблице 2.1 выбираем коэффициенты

-рабочая длина волны ФАР.

Рассчитываем L_x и L_Y:

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов курсовой работы