Построение линейной решетки вибраторных антенн

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

РЯЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра радиоуправления и связи КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Антенны и устройства СВЧ»

по теме: «Построение линейной решетки вибраторных антенн»

Рязань 2004

Оглавление

 

1. Теоретическая часть

2. Расчет параметров одного излучателя

3. Расчет параметров антенной решетки

4. Описание элементов ДОС

Список используемой литературы

1. Теоретическая часть

 

Неотъемлемыми составными частями современных радиотехнических средств являются антенные системы и обслуживающие их тракты СВЧ. Назначение передающей антенны состоит в преобразовании направляемых электромагнитных волн, распространяющихся от передатчика по линиям передачи тракта, в расходящиеся электромагнитные волны свободного пространства. Приемная антенна, напротив, преобразует падающие на неё свободные пространственные волны в направляемые по линиям передачи волны, поступающие в приёмный тракт.

К антеннам современных радиосистем предъявляется много требований, среди которых решающее значение имеют два. Первое требование – направленность действия, т.е. распределение электромагнитной мощности в пространстве (или реакция на приходящее электромагнитное поле при радиоприёме) по определённому закону. В одних случаях желательно обеспечить равномерность действия антенны по всем направлениям, в других требуется концентрировать излучение или осуществлять радиоприём в пределах достаточно узкого сектора – так называемого луча. Для формирования узкого луча размеры антенны должны во много раз превышать рабочую длину волны радиосистемы. Второе требование – излучение или радиоприём должны сопровождаться минимальными потерями электромагнитной мощности на нагрев проводников и диэлектриков антенны, т.е. антенна должна иметь высокий КПД. Проблема достижения высокого КПД особенно остро проявляется при создании антенн, размеры которых малы в сравнении с длинной волны.

Электрическим вибратором называют излучатель электромагнитных волн в виде тонкого проводника длины 2a и диаметра d, возбуждаемого в точках разрыва генераторов ВЧ. Вибраторы широко применяются как в качестве самостоятельных антенн, так ив виде элементов сложных антенных систем.

2a – длина вибратора

t – величина зазора

d – толщина вибратора

Под воздействием ЭДС генератора в вибраторе возникают продольные электрические токи, которые распределяются по его поверхности таким образом, что создаваемое ими электромагнитное поле удовлетворяет уравнениям Максвелла, граничным условиям на поверхности проводника и условию излучения на бесконечности. Вследствие осевой симметрии электрические токи на боковой поверхности проводника вибратора имеют только продольные составляющие, а на торцевых поверхностях – радиальные составляющие. На цилиндрической поверхности радиуса d/2, затягивающей зазор вибратора, наряду с фиктивными продольными электрическими токами существуют также фиктивные азимутальные магнитные поверхностные токи, эквивалентно заменяющие внутреннюю область зазора вместе с возбуждающим генератором.

С развитием различных радиотехнических систем и усложнением решаемых ими тактико-технических задач возрастают требования к антенным характеристикам, и в ряде случаев они становятся противоречивыми и совсем неразрешимыми при попытке разработать новые антенны по аналогии с существующими ранее и находящимися в эксплуатации. Например, стремление увеличить дальность действия и точность определения угловых координат в радиолокации приводит к требованию увеличения направленности антенн, что вызывает увеличение их размеров и масс. Увеличение скоростей полета летательных аппаратов приводит к необходимости увеличения скорости движению луча в пространстве. Совместить требования увеличения направленности и скорости движения луча в антеннах с механическим сканированием не представляется возможным из-за инерционности их конструкции. Подобное противоречия возникают и при попытках обеспечить одновременно высокую направленность и требуемые частотные, энергетические и пеленгационные характеристики. Эти обстоятельства заставляют отказываться от антенн традиционного типа для данного класса радиосистем и переходить к антенным решетках.

Применение сложных антенн в виде решеток, состоящих из систем слабонаправленных или направленных излучателей, значительно расширяет возможности реализации требуемых характеристик.

Система излучателей с электрически управляемым фазовым распределением – фазированная антенная решетка – осуществляет электрическое сканирование луча в пространстве со скоростью, которая может быть на несколько порядков выше скорости механически сканирующих антенн. Время установки в заданную точку пространства луча ФАР практически определяется быстродействием электрического фазовращателя или временем перестройки частоты при частотном сканировании и не связано с массой и с размерами антенны.

Вибраторные излучатели в ФАР обычно располагаются над плоской проводящей поверхностью, играющей роль экрана и предотвращающей обратное излучение. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что наиболее существенно на характеристики вибраторного излучателя в составе антенной решетки влияют два фактора: размещение излучателей в решетке и положение их относительно проводящего экрана. Уменьшение шага решетки приводит не только к подавлению высших дифракционных максимумов, но и позволяет улучшить согласование в широком секторе углов сканировании. Изменение высоты вибраторного излучателя над экраном приводит к улучшению согласования в крайних положениях луча при сканировании в E- и H-плоскостях. Параметром, который в значительно меньшей степени влияет на согласование в секторе сканирования, является длина вибратора, если начальное согласование осуществляется в направлении нормали к плоскости расположения излучателей.

Наиболее распространенными разновидностями ФАР являются эквидистантные линейные и плоские антенные решетки с бегущей волной тока.

В данной курсовой работе будет произведен расчет линейной эквидистантной решетки вибраторных антенн.