Коллинеарная антенная решетка с последовательным возбуждением

Министерство образования Российской Федерации.

Рязанская государственная радиотехническая академия.

Кафедра РУС

Курсовая работа по дисциплине «Распространение радиоволн и АФУ ССПО» по теме: «Коллинеарная антенная решетка с последовательным возбуждением»

Рязань 2005 г.

Введение

В данной курсовой работе необходимо рассчитать коллинеарную антенную решетку с последовательным возбуждением, для этого мы будем использовать модель антенной решетки Маркони-Франклина. В качестве излучателей будем использовать полуволновые вибраторы, т.к. у них довольно высокий КПД.

Вибраторные излучатели широко используются как элементы антенных решеток в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Широкое применение вибраторных антенных решеток обусловлено рядом их достоинств: относительно малой массой, устойчивостью к атмосферным внешним воздействиям, возможностями складывания и быстрого разворачивания в мобильных радиотехнических системах, получения произвольной поляризации и управления поляризационной характеристикой излученного поля, управления диаграммой направленности отдельных излучателей благодаря включению управляемых нагрузок.

Вибраторные излучатели применяются также в качестве облучателей зеркальных антенн и как самостоятельные слабонаправленные антенны.

Конструктивно линейный симметричный вибратор представляет собой проводник длиной 2l, возбуждаемый в середине источником ЭДС высокой частоты (рис.2.1). Размер поперечного сечения проводника 2a значительно меньше длины плеча вибратора l. Линейный симметричный вибратор не излучает вдоль оси при любой своей длине.[1]

Применение антенных решеток обусловлено следующими причинами. Решетка из N элементов позволяет увеличить приблизительно в N раз КНД (и соответственно усиление) антенны по сравнению с одиночным излучателем, а также сузить луч для повышения точности определения угловых координат источника излучения в навигации, радиолокации и других радиосистемах. С помощью решетки удается поднять электрическую прочность антенны и увеличить уровень излучаемой (принимаемой) мощности путем размещения в каналах решетки независимых усилителей высокочастотной энергии. Помехозащищенность радиосистемы зависит от уровня боковых лепестков (УБЛ) антенны и возможности подстройки (адаптации) его по помеховой обстановке. Антенная решетка является необходимым звеном для создания такого динамического пространственно-временного фильтра или просто для уменьшения УБЛ.

Коллинеарные антенны имеют относительно большое усиление. Строятся они таким образом, чтобы, несмотря на большую длину антенны, исключить участки ее с токами противоположного направления.

 
1. Краткий теоретический материал по проектируемому типу антенн   1.1 Характеристики направленности антенных решеток

Под линейной решеткой понимают систему идентичных излучателей, фазовые центры которых расположены на одной прямой, называемой осью решетки. На рис.1.1 изображена линейная решетка из продольно ориентиров энных симметричных вибраторов. Относительное расстояние d/l между фазовыми центрами излучателей называется шагом решетки. По характеру распределения излучателей различают эквидистантные решетки, у которых все излучатели располагаются с постоянным шагом. Применяют также неэквидистантные решетки, шаг которых меняется по всей решетке, либо на ее отдельных участках.

рис.1.1

Для эквидистантной линейной решетки, состоящей из n продольно расположенных симметричных вибраторов при их синфазном и равно амплитудном возбуждении напряженность поля в дальней зоне, имеет вид:

коллинеарная антенная решетка

где y(q) - фазовая характеристика системы. Угол q в этом случае отсчитывается от перпендикуляра к оси решетки.

Выражение

представляет собой амплитудную характеристику направленности линейного симметричного вибратора.

Другой сомножитель называют множителем системы:

В направлении нормали к оси решетки q = 0 поля всех вибраторов должны складываться синфазно, так как разности хода волн для них в этом направлении равны нулю. После подстановки q = 0 легко убедиться, что f_c(q = 0 ) = n. Это будет соблюдаться при d < l.

Анализ множителя системы показывает, что он имеет многолепестковую структуру, вид которой в зависимости от нормированной координаты b=(kd)/l*sin(q) представлен на рис.1.2. Ширина основного лепестка множителя системы определяется выражением:

2D₀»2l ¤ nd

Эта формула отражает фундаментальное положение теории антенн о том, что повышение направленности излучения антенн возможно путем увеличения ее относительных размеров. Так при длине решетки nd= 5l имеем 2D₀ = 23°, а при nd = 10l 2D₀= 11,5°. Для получения основного лепестка шириной около 3° требуется решетка протяженностью примерно 40l.

Уровни боковых лепестков не зависят от размеров решетки и определяются по порядковому номеру лепестка i выражением:

рис.1.2

Общее количество боковых лепестков линейной антенной решетки зависит от количества элементов и шага между ними.

Полная характеристика направленности решетки определяется произведением f_c(q) и f(q). При ориентации симметричных вибраторов вдоль оси решетки основную роль в формировании направленных свойств играет множитель системы. Это справедливо при nd »l .