Проектирование печатной фазированной антенной решетки
Схема полоскового типа запитки для одиночной антенны. Методика определения длины и ширины согласующего трансформатора и выхода порта. Выбор, расчет питающей линии. Построение и исследование графика мнимой и вещественной частей входного сопротивления.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.01.2015 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
1. Техническое задание
Табл. 1
|
fo, GHz |
8 |
|
|
BW-10dB, % |
2,5 |
|
|
иEBW, ° |
15 |
|
|
иHBW, ° |
15 |
|
|
УБЛ, dB |
? 12 |
Антенна должна быть согласована к 50 Ом и спроектирована в печатном варианте.
2. Расчет одиночного патча
Перед началом вычислений выберем в качестве диэлектрика текстолит FR4 с параметрами: еr = 4.4, tgд =0.02, а в качестве проводника медь с удельной проводимостью у = 5.8?107 S/m.
Дабы упростить согласование патча путем полосковой запитки будем использовать вырезной тип согласования (Inset feed), который позволит отказаться от трансформаторов сопротивлений (рис. 1).
Рисунок 1. Используемый в проекте тип запитки для одиночной антенны
Определяется ширина патча (Width, W) в зависимости от частоты fo:
Определяется ориентировочная длина патча (Length, L)
По двум критериям выбирается толщина диэлектрика, h (height):
1) минимизация влияния поверхностных волн, уменьшающих КПД,
2) диапазон частот как в ТЗ или лучше.
Первое условие определяется выражением:
Второе выражение строится на приближенной формуле для BW (Band Width):
.
Эквивализировав первое неравенство, получаем h ? 0.8 mm.
Как показывает практика, превышение этой границы в два раза не сильно ухудшает энергетические характеристики антенны, к тому же механическая прочность конструкции выйдет на грань надежности, если принять h = 1.5 mm.
Подстановка значения толщины в формулу для диапазона дает:
, %
что удовлетворяет ТЗ.
1. Учитывается важный факт, что волны распространяются также на некотором расстоянии от длины патча в воздухе, исходя из чего должно быть произведено электрическое укорочение антенны.
Для этого вводится понятие эффективной диэлектрической проницаемости, еeff:
2. Определяется электрическое увеличение длины антенны:
3. Производится пересчет реальной длины патча для fo:
Как видно из рис. 2 аналогичные результаты выдает программа emtalk.
Рисунок 2. Расчет патч антенны в программе Emtalk
Перед тем, как произвести расчет печатной линии для запитки примем, входное сопротивление Zo равным 100 Ом. Это делается для того, чтобы в дальнейшем, при реализации решетки использовать простой вид параллельно-параллельного включения патчей, а т.к. такое сопротивление подразумевает параллельное включение двух антенн, то суммарное сопротивление будет приводиться к 50 Ом, а значит будет проще согласовать линии передачи.
Чтобы определить глубину выреза R, нам потребуется вычислить сопротивление входа у края антенны Zin. На рис. 2 в последней строке уже вычислено краевое сопротивление, 234 Ом. Тем не менее, для проверки определим его по формулам. Для этого примем t = 0.01 мм - толщина слоя меди.
4. Тогда сопротивление излучение антенны равно:
Ом
5. Исходя из Zr можно определить входное сопротивление
Ом
6. Находим глубину выреза по формуле:
7. Ширина выреза выбирается произвольно, примем ее за 0.25 mm.
8. Ширина полоска d на 100 Ом определяется в программе TXLINE (рис. 3). d ? 0.7 mm.
После всех расчетов строим модель рис. 4 в пакете Ansoft HFSS и моделируем ее.
В результате видно, что резонансная частота съехала на 200 МГц. Чтобы пик попал в 8 ГГц необходимо уменьшить длину L. После подгонки результатов получаем, что при L = 8.05 mm результат сходится. При этом согласно формуле из 9 пересчитываем R для лучшего согласования, R = 2.37 mm.
Рисунок 3. Расчет ширины полоска в программе TXLINE
Рисунок 4. Модель патч антенны в Ansoft
Рисунок 5. S11 в dB при рассчитанных L и R
Рисунок 6. S11 в dB при R = 2.38, L = 8.05
Рисунок 7. Усиление антенны 3D
Рисунок 8. График мнимой и вещественной части входного сопротивления
3. Выбор и расчет питающей линии
антенна трансформатор запитка
Как уже говорилось в п. I, был сделан выбор в пользу параллельно-параллельного соединения антенн в решетке. Это связано в первую очередь с простотой такой схемы, с отсутствием необходимости в фазовращетельных элементах, а также с уменьшением числа согласующих трансформаторов (за счет согласования антенн к 100 Омам, а не к 50 Омам).
Непосредственно перед расчетом линий питания, необходимо определить расстояние между излучателями dx и dy, а так же их число для выполнения требований ТЗ. Для этого проводятся следующие вычислительные процедуры (по Д. А. Воскресенскому):
1) Критические расстояния между элементами ограничивается для нашей длины волны справа значениями (при K=1):
,
где иx, ymax - углы сканирования решетки по осям x, y (т.к. они не заданы, то по умолчанию они нулевые).
Уменьшим эти значения выбором коэффициента K, K = 1.2 (выбор непроизволен, а был осуществлен после того, как весь расчет был уже проделан с тем, чтобы подогнать кол-во элементов Nx, Ny до целого числа).
Таким образом, получим:
2) Зная расстояния между элементами решетки, можно определить длину (по x) и ширину (по y) всей антенной структуры согласно выражениям:
где иHBW, иEBW взяты из ТЗ (ширины ДН), а k = 51 ° - универсальная градусная мера (из таблицы 1.3.1 Д. И. Воскресенский «Проектирование фазированных антенных решеток).
3) Простые вычисления позволяют найти число элементов решетки по осям x и y.
Что означает, что в нашей антенне элементов:
4) УБЛ в дБ определяется выражением:
Что соответствует требованиям ТЗ (-12 дБ и лучше).
После этого необходимо определить длину и ширину согласующего трансформатора и выхода порта на 50 Ом. Переход между двумя сопротивлениями линий 100 Ом и 50 Ом согласуется четвертьволновой вставкой, сопротивление которой равно среднегеометрическому этих двух сопротивлений:
Zтр = =70.7 Ом
Для расчета снова воспользуемся программой TXLINE:
Рисунок 9
Получаем для трансформатора: L ?5.13 mm; W ? 1.58 mm (длина и ширина), для переходника W ? 3 mm.
На рис. 10 изображена рассчитанная антенна. Красные полоски соответствуют волновому сопротивлению 100 Ом. Синие являются трансформаторами сопротивлений и имеют длину L = 5.13 mm. Выходной зеленый полосок имеет сопротивление 50 Ом шириной W = 3 mm.
Рисунок 10. Полученная антенная решетка
При математическом моделировании в HFSS получаются следующие результаты:
Рисунок 11. Диаграмма усиления антенной решетки 3D
Рисунок 12. Нормированная ДН решетки
Рисунок 13. ДН решетки в дБ
Как видно из рис. 12, ширина ДН по уровню 0.5 равна 7.5 + 7.5 = 15 ° (маркера m1, m2), а уровень боковых лепестков равен 0.05 от максимума, что больше 12 дБ (это подтверждается рис. 13).
Расчет питающих линий (рис. 10) в программе MWO дал следующий результат по S11 - рис. 14.
Рисунок 14. Согласование антенной решетки в дБ
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Формы, размеры и конструкции современной фазированной антенной решетки, ее структурная схема и особенности построения. Расчет основных электрических параметров волноводной фазированной антенной решетки, определение ее основных габаритных параметров.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 18.05.2013Методика расчета уголковой антенны, петлевого вибратора, коллинеарной антенной решетки. Выбор размеров уголковой антенны, расчет параметров элемента решетки с учетом уголкового рефлектора, ширины диаграммы направленности. Схема распределения мощности.
курсовая работа [968,3 K], добавлен 21.03.2011Расчет геометрических параметров и значений амплитудного распределения фазированной антенной решётки. Выбор излучателя антенны и расчет параметров её волновода и пирамидального рупора. Определение коэффициента отражения, диаграмма направленности антенны.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 22.11.2015Разработка пакета программ, позволяющего рассчитать полевые и импедансные характеристики плоской двумерной фазированной антенной решетки. Определение зависимости взаимного сопротивления от расстояния между излучателями при различных диэлектриках.
дипломная работа [897,1 K], добавлен 07.07.2009Определение геометрических параметров антенной решетки. Расчет диаграммы направленности диэлектрической стержневой антенны, антенной решетки. Выбор и расчет схемы питания антенной решетки. Выбор фазовращателя, сектор сканирования, особенности конструкции.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 06.07.2010Общие сведения о многовибраторных антенных решетках. Определение размеров конструктивных элементов антенны и коэффициента направленного действия. Выбор симметрирующего согласующего устройства и фидера. Расчет радиотрасс, электромагнитная совместимость.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 14.08.2011Назначение микрополосковых антенн. Выбор материала антенной решетки и определение конструктивных размеров микрополоскового излучателя. Расчёт зависимости входного сопротивления от частоты. Расчёт конструктивных размеров элементов антенной решетки.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 28.03.2012Фазированная антенная решётка, способы расположения элементов. Сектор сканирования ФАР. Расчет длины волны. Моделирование антенной решетки. Трехмерное изображение антенной решетки с рефлектором. Угол наклона главного лепестка диаграммы направленности.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 06.01.2014Анализ развития микроэлектроники и её достижения. Расчет волноводно-щелевой антенной решетки резонансного типа в плоскости. Выбор схемотехнического решения и конструктивной реализации. Моделирование в пакете прикладных программ Microwave office.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 05.12.2013Особенности конструкции, преимущества и недостатки фазированных антенных решеток как наиболее эффективных и перспективных антенных систем. Расчет формы и линейных размеров излучающего полотна. Разработка данной антенной решетки, алгоритм расчета задания.
контрольная работа [2,6 M], добавлен 06.05.2011Излучатель антенной решетки. Выбор конструкции вибратора и схемы питания. Антенная решетка системы излучателей. Расчет диаграммы направленности и геометрия антенной решетки. Расчет параметров решетки при заданном максимальном секторе сканирования.
контрольная работа [250,6 K], добавлен 03.12.2010Проектирование линейной антенной решетки из спиральных излучателей, расчет ее параметров. Расчет линии передачи и вращающегося сочленения. Согласующее устройство, делитель мощности. Коэффициент полезного действия антенны. Электрическая схема конструкции.
курсовая работа [662,3 K], добавлен 21.02.2013Анализ распространения радиоволн. Расчет волноводно-щелевой антенной решетки резонансного типа, направленность в плоскости Н. Исследование фазовой характеристики антенны. Параметры передачи и приема. Воздействие электромагнитных излучений на организм.
курсовая работа [460,7 K], добавлен 05.06.2012Геометрические параметры антенны. Определение оптимального сопротивления активного вибратора. Определение расстояний между вибраторами. Построение диаграммы направленности антенны. Расчет коэффициента направленного действия и входного сопротивления.
курсовая работа [177,3 K], добавлен 24.10.2013Конструкция антенны и схема питания. Расчет диаграммы направленности и коэффициента усиления антенны. Расчет дальности приема на всех каналах. Определение входного сопротивления и коэффициента стоячей волны. Расчет низкочастотного фильтра прототипа.
курсовая работа [644,3 K], добавлен 06.01.2012Общая характеристика антенной решетки, состоящей из ряда волноводно-щелевых или волноводно-вибраторных антенн. Расчет антенной системы и сигнала на входе приемника. Измерение параметров антенны. Электромагнитная совместимость волноводно-щелевых решеток.
курсовая работа [510,5 K], добавлен 16.10.2014Проектирование антенны "волновой канал" методом последовательных приближений. Координаты элементов антенны, ее электрические параметры и конструкция. Графики зависимости входного сопротивления от частоты. Оптимизация расстояния между вибраторами.
лабораторная работа [1,5 M], добавлен 04.12.2012Излучение и прием электромагнитных волн. Расчет антенной решетки стержневых диэлектрических антенн и одиночного излучателя. Сантиметровый и дециметровый диапазоны приема волн. Выбор диаметра диэлектрического стержня. Определение числа элементов решетки.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 17.10.2011Щелевые волноводные антенны, выполненные на основе прямоугольного, круглого, змейкового, спирального и других типов волноводов. Выбор размеров волновода. Расчет антенной решетки: длина антенны и проводимость одной щели, диаграмма направленности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 11.01.2008Линейная решетка с цилиндрической спиральной антенной в качестве излучателя. Применение антенных решеток для обеспечения качественной работы антенны. Проектирование сканирующей в вертикальной плоскости антенной решетки. Расчет одиночного излучателя.
курсовая работа [394,2 K], добавлен 28.11.2010
