Разработка и расчет волноводной фазированной антенной решётки СВЧ диапазона
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
Московский
авиационный институт
(национальный
исследовательский университет)
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по
дисциплине: «Антенны, устройства СВЧ и ЭМС»
на
тему: Разработка и расчёт волноводной фазированной антенной решётки СВЧ
диапазона
Выполнил: студент 931 учебной группы А.Ю.Климов
Проверил: И.И. Гвозд
2013
Введение
Фазированная антенная решётка (ФАР)
антенная решётка <#"669563.files/image001.gif">
Рисунок 1. Структурная схема передающей ФАР
Особенности построения ФАР: возбуждение
излучателей ФАР производится либо при помощи фидерных линий, либо посредством
свободно распространяющихся волн (в т. н. квазиоптических ФАР), фидерные тракты
возбуждения наряду с фазовращателями иногда содержат сложные электрические
устройства (т. н. диаграммообразующие схемы), обеспечивающие возбуждение всех
излучателей от нескольких входов, что позволяет создать в пространстве
соответствующие этим входам одновременно сканирующие лучи (в многолучевых ФАР).
Квазиоптические ФАР в основном бывают двух типов: проходные (линзовые), в
которых фазовращатели и основные излучатели возбуждаются (при помощи
вспомогательных излучателей) волнами, распространяющимися от общего облучателя,
и отражательные - основной и вспомогательные излучатели совмещены, а на выходах
фазовращателей установлены отражатели. Иногда в ФАР для формирования ДН
применяют фокусирующие устройства (зеркала, линзы).
Наибольшими возможностями управления
характеристиками обладают активные ФАР, в которых к каждому излучателю или
модулю подключен управляемый по фазе (иногда и по амплитуде) передатчик или
приёмник. Управление фазой в активных ФАР может производиться в трактах
промежуточной частоты либо в цепях возбуждения когерентных передатчиков,
гетеродинов приёмников и т.п. Таким образом, в активных ФАР фазовращатели могут
работать в диапазонах волн, отличных от частотного диапазона антенны; потери в
фазовращателях в ряде случаев непосредственно не влияют на уровень основного
сигнала. Передающие активные ФАР позволяют осуществить сложение в пространстве
мощностей когерентных электромагнитных волн, генерируемых отдельными
передатчиками. В приёмных активных ФАР совместная обработка сигналов, принятых
отдельными элементами, позволяет получать более полную информацию об источниках
излучения.
В результате непосредственного
взаимодействия излучателей между собой характеристики ФАР (согласование
<#"669563.files/image002.gif">
Рисунок 2 «Схема волноводной ФАР»
Рисунок 3 «ФАР волноводных
излучателей»
2. Расчёт основных электрических
параметров
Размеры антенны определяются заданными КНД или
шириной ДН, длиной волны и выбранным амплитудным распределением поля в раскрыве
антенны.
Коэффициент направленного действия фазированной
антенной решетки рассчитаем по формуле:
(1)
Отсюда следует:
2.2 Расчет КУА
Коэффициент усиления антенны:
2.3 Расчет шумовой температуры
Шумовая температура определяется многими
факторами - размером антенны, углом возвышения (места), внешними источниками
шумов и условиями распространения сигнала в атмосфере.
Поскольку шумовая температура антенны зависит от
множества изменяющихся факторов, при отсутствии в документации изготовителя
значений необходимых параметров лучше полагаться на их вычисление. Для расчета
приближенного значения шумов антенны в условиях ясного неба можно
воспользоваться выражением:
−
диаметр антенны;
EL − угол
места антенны;
2.4
Расчет действующей длины антенны
Ширина
ДН по уровню половинной мощности при излучении вблизи нормали к оси решетки
определяется по формуле:
(11)
L− длинна антенны
Из
предыдущей формулы выразим L:
Действующая
длина антенной решетки определяется следующей формулой:
2.5
Расчет входного сопротивления антенны
Входное
сопротивление антенны характеризует ее импедансные свойства в точке питания (в
месте подсоединения фидера) и равно отношению напряжения к току на входе фидера.
(12)
Из
предыдущей формулы выразим Rвх:
.6
ДН основного излучения
Диаграмма
направленности ФАР получена с помощью программы MATHCAD.
Рисунок
4. Диаграмма направленности ВФАР
3.
Определение габаритных параметров решётки
.
Определим габаритные размеры решетки.
Qг - это ширина ДН в горизонтальной плоскости,
Qв - это ширина ДН в вертикальной плоскости.
Qв =68.8*l\lang1033 Ly 2Qв =40
Qг =50.8*l\lang1033 Lx 2Qг =3
.
Находим размеры Ly и Lx
:
Lx=54,2
мм
Ly=55
мм
ар= Ly ар=54,2 мм
d=l1+sin60o)=31 мм
bр=d-2t
t
= 12 мм
.
Найдём количество излучателей :
Nх = 54,2*24/31=42, Ny = 55*24/31=43
N=
Nх + Ny = 85.
Заключение
волноводная
фазированная антенная решетка
В данной курсовой работе была разработана и
рассчитана волноводная фазированная антенная решетка (ВФАР). Для большинства
текущих расчетов ВФАР использовался MATHCAD.
Также в результате проделанной курсовой работы были рассчитаны основные
электрические показатели ВФАР: входное сопротивление, действующая длина,
шумовая температура, КНД, КПД, предельная пропускная мощность, сектор
сканирования. Была построена ДН ВФАР.
Список использованной литературы
1. Сазонов Д.М. и др., "Антенны
и устройства СВЧ", М.: Высш. школа, 1988. - 432 с.
. Антенны и устройства СВЧ.
Проектирование и расчёт ФАР/под ред. Д.И. Воскресенского. -М.: Радио и связь,
1981.