Расчёт расстояний между излучателями

1.  Расчёт расстояний между излучателями.

Так как в плоскости Е осуществляется сканирование, то расстояние между излучателями находится по формуле:

,  - находим по диаграмме направленности рупора на уровне 0.3 (сектор сканирования 10дБ, или). Тогда:

Получилось, что d_1max меньше стороны рупора. Берём . Соответственно, данная решётка не сможет осуществить качание луча в заданном секторе. Так как антенна не может обеспечить заданный сектор сканирования на уровне 0.3, то сами зададим сектор сканирования, допустим, на уровне 0.7. По диаграмме направленности одиночного рупора находим новое значение  (сектор сканирования ).

В плоскости Н режим синфазный. Находим расстояние между излучателями, при котором КНД решётки достигает максимального значения, т.е. оптимальное:

, где ,

Берём . Так как , то в диаграмме направленности будут довольно большие дифракционные лепестки.

2.  Расчёт количества излучателей.

,

3.  Расчёт длины решётки.

4.  Расчёт уровня боковых лепестков.

в плоскости Е:

так как в плоскости Н 2 излучателя, то боковые лепестки в диаграмме направленности в Н плоскости будут отсутствовать.

5.  Расчёт КНД решётки.

КНД антенной решётки находится по формуле: , где  - количество излучателей в решётке;  - КНД одиночного излучателя.

Видим, что КНД решётки значительно больше КНД одиночного рупора.

6.  Определение разности фаз между соседними излучателями в плоскости, где осуществляется сканирование, т.е. в Е плоскости:

Расчёт диаграммы направленности антенной решётки

Диаграмма направленности антенной решётки определяется произведением двух множителей: диаграмм направленности одиночного излучателя решётки  и множителя решётки . Диаграмма множителя решётки находится по формуле:

, где

В плоскости Н: . В данном случае диаграмма направленности антенной решётки примет вид:

, где  (3)

Подставляя в (3) известные величины, окончательно получаем:

, где

В плоскости Е: . В плоскости Е осуществляется сканирование. В этом случае диаграмма направленности антенной решётки примет вид:

, где  (4)

 - сектор сканирования.

Подставляя в (4) известные величины, окончательно получаем:

, где

Диаграмма направленности множителя решётки и одиночного рупора в Н плоскости:

Диаграмма направленности антенной решётки в Н плоскости:

Диаграмма направленности множителя решётки и одиночного рупора в Е плоскости:

Диаграмма направленности антенной решётки в Е плоскости:

Схема питания антенной решётки

Для обеспечения обзора пространства  (т.е. обеспечение сканирования) следует обеспечить разность фаз между излучателями . Для этого используем ферритовый фазовращатель на прямоугольном волноводе. Схема питания решётки в плоскости Е представлена на рис.5, в плоскости Н на рис.6.

Рис.5

Рис.6

 

Симметрирующая приставка

На рис. XXII. 19 показано в разрезе переходное устройство с симметрирующей приставкой. Питание к антенне подводится через коаксиальный фидер.

Центральная жила фидера соединяется с правой половиной вибратора (в точке 1) и, кроме того, с металлическим стержнем длиной в четверть волны, играющим роль симметрирующей приставки. Основание стержня припаяно к экрану фидера. Этот стержень вместе с соответствующим участком экрана фидера образует четвертьволновый отрезок линии, короткозамкнутой на конце. Оболочка коаксиального фидера соединяется с левой половиной вибратора (в точке 2).

Как видно из рис. XXII. 19, обе половины вибратора совершенно симметричны относительно оболочки фидера, так как одинаково соединены с наружными стержнями, из которых левый является экраном фидера, а правый симметрирующей приставкой.

Эта приставка на резонансной волне К₀ не влияет на работу вибратора вследствие того, что образованный приставкой и участком наружного экрана четвертьволновый отрезок линии обладает весьма большим сопротивлением в точках присоединения к зажимам вибратора.

Сопротивление нагрузки для фидера (в точках 1-2) на резонансной волне Я₀ остается примерно равным входному сопротивлению самой антенны. Так, например, полуволновый вибратор, имеющий входное сопротивление около 73 Ом, оказывается хорошо согласованным со стандартным кабелем, имеющим волновое сопротивление 70-75 Ом.

Переходное устройство с симметрирующей приставкой в отличие от "6/-колена" и "четвертьволнового стакана" является широкополосным. При изменении частоты относительно резонансной симметрия питания вибратора не нарушается. Входное сопротивление отрезка линии, образованной приставкой и экраном фидера, при изменении частоты падает и начинает шунтировать сопротивление вибратора в точках 1-2. Однако в небольшой полосе частот это шунтирующее сопротивление при правильно подобранных параметрах схемы можно использовать для компенсации реактивного сопротивления "полуволнового" вибратора так же, как в рассмотренной выше эквивалентной схеме рис. XXII.15, а.

На рис. XXII.20 показан вариант схемы симметрирующей приставки, используемой для телевизионных приемных антенн.

Заключение

В процессе выполнения данной курсовой работы спроектировали антенную решётку из 12 рупорно-линзовых излучателей с электрическим качанием луча в Е плоскости. При расчёте решётки столкнулись с тем, что не смогли обеспечить оптимальное расстояние между излучателями в Н плоскости. В связи с этим в диаграмме направленности появились нежелательные довольно большие дифракционные лепестки. Также не удалось обеспечить заданный сектор сканирования на уровне 0.3. Поэтому мною был выбран сектор сканирования на уровне 0.7. Это требование удалось обеспечить, хотя и с довольно большим дифракционным лепестком в диаграмме направленности.

В итоге получилась антенная решётка со следующими параметрами:

Рабочая частота - 7.5 ГГц;

Мощность в антенне - 4 кВт;

КНД антенны - 2400;

Поляризация - горизонтальная;

Ширина диаграммы направленности на уровне 0.5 по мощности:

-  в горизонтальной (Е) плоскости -

-  в вертикальной (Н) плоскости -

Сектор сканирования на уровне 0.7 по мощности

При расчёте антенны использовались некоторые приближённые формулы, что в конечном счёте повлияло и на точность результатов в целом.

Список используемой 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.