Линейка Е-плоскостных секториальных рупоров с электрическим качанием луча

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра радиоуправления и связи

Курсовой проект

по дисциплине "Радиотехника"

Линейка Е-плоскостных секториальных рупоров с электрическим качанием луча

Выполнил:

студент гр.916

Черняев А.В

Руководитель:

Рендакова В.Я

Рязань 2012

1. Введение

Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее излучение и приём радиоволн, - неотъемлемая часть любой радиотехнической системы. Требования к техническим характеристикам антенн вытекают из назначения радиосистемы, условий размещения, режима работы, допустимых затрат и т.д. Реализуемость необходимых направленных свойств, помехозащищённости, частотных, энергетических и других характеристик антенн во многом зависят от рабочего диапазона волн. Широкое распространение в последнее время получили остронаправленные сканирующие антенны СВЧ диапазона. Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. [2]

Для обеспечения острой направленности антенны, высокой скорости перемещения антенного луча в пространстве, обзора весьма широкого сектора пространства применяют многоэлементные решётки излучателей с электрически управляемыми диаграммами направленности. Для формирования антенного луча в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и обеспечения возможности управления его положением, необходимо использовать двумерную (поверхностную) решётку излучателей.

Мощность с выхода передатчика поступает в распределительно-управляющее устройство. Здесь осуществляется деление мощности в нужной пропорции между излучателями решётки, а также обеспечивается создание требуемых фазовых сдвигов между токами в них. Для решения этих задач в распределительно-управляющих устройствах применяются делители мощности, фазовращатели, коммутаторы и другие элементы фидерного тракта. Формируемая решёткой диаграмма направленности зависит от диаграмм направленности отдельных излучателей, их взаимного расположения и числа. [3]

На рис.1 показана структурная схема антенного устройства подобного типа.

Рис.1

2. Анализ поставленной задачи

По техническому заданию на курсовую работу требуется спроектировать линейку из Е-секториальных рупорных антенн с электрическим качанием луча в Е-плоскости.

Будем использовать следующую методику расчёта рупорного излучателя. По заданной длине волны найдем частоту и выберем возбуждающий волновод. По заданному КНД одиночного излучателя найдём геометрические размеры рупора и построим диаграмму направленности одиночного излучателя.

По заданному коэффициенту усиления линейки найдем КНД антенны. По этим значениям определяются расстояние между излучателями, количество излучателей, длина линейки. Затем рассчитывается сама диаграмма направленности антенной решётки.

3. Расчёт одиночного излучателя

Для удобства для всех параметров введем индекс, определяющий плоскость (Е или Н), для которой рассчитывается параметр. Пусть i = 2 для Е плоскости, i = 1 для Н плоскости.

В качестве одиночного излучателя используется Е-секториальный рупор.(Рис.2)

Рис.2

Поляризация горизонтальная, значит, вектор будет лежать в горизонтальной плоскости.

1. Выбор питающего волновода.

По заданной длине волны рассчитаем рабочую частоту и волновое число:

Из справочника выберем прямоугольный волновод:

Наименование : R-100

Габариты: a x b = 22,86 x 10,16 [мм]

2. Площадь раскрыва рупора.

По заданному КНД одиночного излучателя находим площадь раскрыва рупора:

см²

3. Стороны раскрыва.

Т.к рупор Е-секториальный a=a₁

Зная площадь можем найти сторону а₂ :

см

4. Длина рупора

см

5. Угол расхождения ребер

6.Определение фазовых ошибок

Максимальная ошибка в раскрыве определяется геометрическими размерами рупора и ее допустимая величина должна удовлетворять условиям:

Условие выполняется.

7. Диаграммы направленности рупора

В Е плоскости:

Ширина ДН по уровню половинной мощности равна:

Нули главного лепестка:

В Н плоскости:

4. Расчет параметров решетки

1. КНД антенны:

Для рупорных антенн можно считать, что мощность потерь значительно меньше мощности излучения, благодаря чему КПД антенны можно принять равным единице: , значит .

2. Число излучателей:

Зная КНД всей антенны и КНД одиночного излучателя ,найдем число излучателей линейки.

3. Расстояние между излучателями:

Расстояние между излучателями решетки с электрическим качанием луча должно быть меньше оптимального. В противном случае при отклонении луча дифракционные лепестки множителя будут входить в основной лепесток ДН излучателей ,что приведет к росту боковых лепестков ДН решетки.

Максимальное допустимое расстояние между излучателями решетки с электрическим качанием луча ориентировочно можно рассчитать по формуле:

4. Длина линейки

5. Разность фаз токов:

Для изменения направления максимального излучения решетки достаточно изменить нужным образом разность фаз токов ?ш её излучаталей.

6. Сектор качания

В нормальных условиях максимальное отклонение ДН решетки от нормали к ее поверхности не должно превышать половины ширины ДН её излучателей по мощности по уровню 0.5 т.е:

7. ДН антенны

В Е плоскости:

ДН антенны есть произведение множителя решетки на ДН одиночного излучателя:

В Н плоскости:

5. Схема питания решетки

Для обеспечения обзора пространства (т.е. обеспечение сканирования) следует обеспечить разность фаз между излучателями . Для этого используем ферритовый фазовращатель на прямоугольном волноводе. Схема питания представлена в приложении ниже.

Заключение

В процессе выполнения данной курсовой работы спроектировали линейку из 10 Е-секториальных рупорных излучателей с электрическим качанием луча в Е плоскости.

В итоге получилась линейка со следующими параметрами:

Рабочая частота - 11.8 ГГц;

Мощность в антенне - 2 кВт;

КНД антенны -100;

Поляризация - горизонтальная;

Ширина диаграммы направленности на уровне 0.5 по мощности:

в горизонтальной (Е) плоскости -

Сектор сканирования

радиотехнический антенный рупорный излучатель

Список литературы

1. Устройства СВЧ и антенны. Методические указания к курсовому проектированию. Сост.: В.И. Елумеев, А.Д. Касаткин, В.Я. Рендакова. Рязань, 1998. №2693

2. Д.И. Воскресенский. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решёток. -М.: Радио и связь, 1994.

3. А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов. Антенно-фидерные устройства. -М.: Советское радио, 1974.

4. Д.М. Сазонов. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для радиотехнических специальных вузов. -М.: Высшая школа, 1988г.

5. Д.И. Воскресенский. Расчёт антенн СВЧ. Ч.1. - Москва, 1970.

6. А.П. Дорохов. Расчёт и конструирование антенно-фидерных устройств. Изд. Харьковского университета, 1960.

Размещено на Allbest.ru