Исправленный МОЙ (561166), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

4. Выбор размеров волновода

y

z

Рис.1 Поперечное сечение прямоугольного волновода

На рис. 1 показано поперечное сечение прямоугольного волновода.

Его критическая длина волны определяется соотношением:

где: a и b - размеры волновода

m и n – количество вариаций поля на стенках волновода a и b

Решение однородных волновых уравнений может быть получено в виде:

Для H-волн:

Для Е-волн:

где H₀ и E₀ – амплитуды соответствующих продольных составляющих

Основной волной в прямоугольном волноводе является волна H₁₀. Для нее m=1, n=0, поэтому:

,

где k_z - продольная постоянная распространения волны.

При выборе размеров поперечного сечения волновода с основной волной исходят из условий, при которых волна H₁₀ находится в докритическом режиме, а высшие типы волн, в частности H₂₀ и H₀₁, находятся в закритическом режиме. Из этих условий следуют неравенства:

0.5λ < a < λ, b < 0.5λ

Практические формулы для выбора размеров поперечного сечения волновода имеют вид:

0.6λ < a < 0.9λ, b ≈ 0.5λ

Размеры сечения (a и b) волновода с волной Н₁₀ найдены из практического соотношения

0,6  a  0,9 для   3,3 см.

b ≤ a / 2

По справочнику находим подходящие размеры стандартного волновода:

размеры волноводов по ГОСТ20900-75 a = 2,286 см, b = 1,016 см.

Выбор размера b снизу ограничен величиной пробивного напряжения. При неограниченном уменьшении этого размера может наступить электрический пробой.

Максимальная (предельная) мощность, пропускаемая волноводом с волной H₁₀, определяется соотношением:

где E_max =30 кВ/см – напряжённость электрического поля, при которой происходит

пробой в воздухе

k_св – коэффициент стоячей волны

k_св=1/кбв кбв = 0.715

Получаем: P_max = 815 кВт

Допустимая передаваемая мощность определяется как:

Р_доп = 200 кВт

5. Амплитудное распределение

Амплитудное распределение выбирается исходя из заданного уровня боковых

лепестков. Амплитудное распределение имеет вид (рис.2 (а, б)):

Рис.2(а): Амплитудное распределение решетки в горизонтальной плоскости

Рис.2(б): Амплитудное распределение решетки по вертикали

1. Диаграммы направленности АР

Диаграмма направленности ФАР (рис. 2 (а, б, в)) равна произведению множителя решетки на диаграмму направленности одиночного излучателя.

Множители решетки ((таблица 1.3.1 стр. 68 [1]):

- множитель диаграммы направленности решётки

(таблица 1.3.1 стр. 68 [1])

ДН открытого конца волновода

ДН единичного излучателя

Диаграмма направленности единичного излучателя:

где a – размер излучающего элемента по оси X

b – размер излучающего элемента по оси Y

ДН в горизонтальной плоскости

Рис. 2(а). Диаграмма направленности ФАР в горизонтальной плоскости. Пунктиром изображена ДН открытого конца волновода.

Ширина ДН по уровню 0,707 составляет 5º

Уровень боковых лепестков, из формулы -20∙log(y_max / y₁), составляет -22 дБ

где, y_max – максимальная величина ДН (y_max = 1)

y₁ – величина первого бокового лепестка (y₁ = 0.08)

ДН в вертикальной плоскости

Рис. 2(б). Диаграмма направленности ФАР в вертикальной плоскости. Пунктиром изображена ДН открытого конца волновода.

ДН при максимальном угле сканирования 30

Рис. 2(в). Диаграмма направленности ФАР при максимальном угле отклонения луча (30) в горизонтальной плоскости.

7. Расчет характеристик ФАР

Коэффициент направленного действия антенны (КНД):

КНД (D) является мерой концентрации излучения в пространстве, которое осуществляется антенной. Это число, которое показывает во сколько раз плотность потока мощности данной антенны в направлении максимума излучения в некоторой точке М, отстоящей от антенны на расстояние r, больше чем плотность потока мощности абсолютно ненаправленной антенны в этой же точке, при условии, что обе антенны обладают одной и той же мощностью излучения.

КНД решетки для нормального луча:

где ν – коэффициент использования поверхности антенны

КНД решетки для отклоненного луча:

Коэффициент полезного действия антенны (КПД):

КПД излучающей системы определяется соотношением:

где Г – коэффициент отражения

l – длина линии.

l=1м.

При

W - волновое сопротивление прямоугольного волновода (Ом)

W0 – волновое сопротивление свободного пространства (Ом)

ε – относительная диэлектрическая проницаемость воздуха

ε = 1

Отсюда получаем Г = 0.166

Находим коэффициент затухания в волноводе (1/м):

где a, b – размеры волновода

σ – удельная проводимость материала волновода

для латуни:

Δ₀ – глубина проникновения электромагнитного поля в стенки волновода.

с – скорость света

μ – абсолютная магнитная проницаемость воздуха.

Далее подставляем все полученные значения в выражение для КПД и получаем

Коэффициент усиления антенны (КУ):

КУ (G) антенны показывает во сколько раз необходимо увеличить подводимую мощность при переходе от направленной антенны к абсолютно ненаправленной антенне, чтобы получить то же значение напряженности поля в точке приема.

Коэффициент усиления ФАР при известных КНД и КПД равен:

8. Расчет устройств ФАР

Расчёт волноводно-щелевого делителя мощности (ВЩДМ).

Делитель мощности СВЧ – это устройство, содержащее несколько входных линий передачи СВЧ, причём при возбуждении одной из них мощность СВЧ делится между остальными в требуемом соотношении.

Р ассмотрим волноводно-щелевые делители мощности. При проектировании ДМ удобно пользоваться их многополюсными моделями. Многополюсником СВЧ называют любую комбинацию проводников, диэлектриков и других линейных пассивных элементов СВЧ, имеющую несколько входов в виде поперечных сечений линий передачи с единственной распространяющейся волной в каждой линии. Сечения входов многополюсника называют плоскостями отсчёта фаз. В технике СВЧ интересуются внешними характеристиками устройств, которые часто описываются с помощью матрицы рассеяния – квадратной матрицы, размерность которой равна числу входов ДМ. Элементы МР безразмерны и имеют следующий физический смысл: недиагональные элементы S_ij представляют собой волновые коэффициенты передачи по нормированным напряжениям с j-го входа ДМ на i-й вход при согласованных нагрузках на остальных. Входы делителя мощности называют его плечами.

Схематическое изображение простейшего ВЩДМ:

Он состоит из двух прямоугольных волноводов 1 и 2, в общей узкой стенке которых прорезано отверстие связи длиной L. При возбуждении одного из его входов в области отверстия связи возбуждаются волны H_n0, причем распространяющимися как правило являются волны Н₁₀ и Н₂₀. Из-за разницы в их фазовых скоростях при распространении от места возбуждения к противоположным входам ВЩДМ образуется фазовый сдвиг Δφ, который определяет, в какой отношении мощность СВЧ делится между этими входами.

Схема деления мощности

Распределение мощности.

Мощность, подводящаяся от передатчика, делится симметрично между рядами и распределяется в каждом ряду соответственно квадрату амплитудного распределения.

где Pi – мощность на i-ом излучателе

Ki – коэффициент амплитудного распределения

Pвых – мощность на выходе передатчика в импульсе Pвых = 0,9кВт

Так как схема деления мощности ФАР симметрична, то мощность на первом и на втором рядах в вертикальной плоскости будет одинакова.

Таблица мощностей волноводов в первом и во втором рядах (Вт)

Расчет характеристик ВЩДМ

Характеристики

Список файлов курсовой работы