Синфазный режим работы

1. Синфазный режим работы.

Диаграмма направленности линейки из рупорных антенн:

.

Множитель решетки определяется формулой:

,

где d – расстояние между излучателями.

В ДН множителя будут несколько дифракционных максимумов. Так как размеры раскрыва одного рупора равны 20*30 см, то не выполняется условие  обеспечивающее существование одного максимума[1]. Но до тех пор, пока дифракционные максимумы находятся за пределами основного лепестка ДН одного излучателя, в ДН решетки их не будет, так как они уничтожаются при перемножении диаграмм. Исходя из этого, определим расстояние между излучателями d_opt, при котором в ДН линейки излучателей начинают появляться дифракционные лепестки:

d_opt = λ/sin(φ_{0 изл)}.

По ДН одиночного рупора находим, что в обеих плоскостях (Н- и Е-плоскости) φ_{0 изл} = 9^о, тогда

d_opt = 3.1/sin9^o = 19.8 см.

Полученное значение d_opt близко по значению размера раскрыва рупора в плоскости Е а₂=20 см, поэтому возьмем расстояние между излучателями d = 20 см. Тогда расположение рупоров в антенне будет таким как изображено на рис. 5

Учитывая, что для синфазной линейки излучателей ∆ψ = 0, найдем диаграмму направленности всей антенны в плоскости Е по следующей формуле:

,

.

Рис. 6. Диаграмма направленности синфазной антенны

Ширину диаграммы направленности антенны по нулевому уровню и по уровню 0,5 определим следующим образом [3]:

,

.

Уровень боковых лепестков:

.

Положение первого дифракционного максимума определим по формуле:

φ_диф = ± arcsin(p·λ / d),

где р – номер дифракционного лепестка.

φ_диф = ± arcsin(3,1 / 20) = ±8,9^о.

Диаграмма направленности линейки излучателей в Н - плоскости будет такой же, как и у одного излучателя в Н – плоскости.

2. Несинфазный режим работы.

Рассчитаем максимальное отклонение ДН антенны от нормали к ее поверхности:

φ_max = φ_0,7изл .

По графику ДН одиночного рупора в плоскости Е (рис. 3) определяем, что φ_max = 4^о.

Расстояние между излучателями решетки с электрическим качанием луча должно быть меньше оптимального [3]. В нашем случае размер раскрыва рупора в плоскости, в которой происходит отклонение луча, равен оптимальному значению. Таким образом, уменьшить расстояние между излучателями невозможно, а значит, дифракционные лепестки множителя решетки будут входить в основной лепесток ДН излучателя. Это приведет к росту боковых лепестков ДН антенны.

Разность фаз токов излучателей ∆ψ найдем из формулы, определяющей направление максимального излучения[3].

,

,

.

Диаграмму направленности антенны в несинфазном режиме найдем перемножением диаграммы одного излучателя в Е-плоскости F₂(θ₂) на множитель решетки F_n(θ₂) при ∆ψ = 2,8 рад.

Рис. 7. Диаграмма направленности антенны в несинфазном режиме работы

Рассчитаем коэффициент направленного действия и коэффициент усиления антенны.

,

где S_а = S·n – площадь излучающей поверхности антенны.

Расчет фазирующей секции

 

Фазирующая секция представляет собой систему прямоугольных параллельных пластин, устанавливаемых в раскрыве рупора (рис. 8).

Расстояние между пластинами r лежит в пределах λ/2<r<λ. Выберем r≈0,7λ, получаем r=2см. Ширину пластин l найдем по формуле [2]:

,

.

Секцию в раскрыве располагаем так, чтобы вектор электрического поля был под углом 45^о к пластинам. Это объясняется тем, что поле с вращающейся поляризацией можно рассматривать как совокупность двух линейно поляризованных волн. Плоскости поляризации этих волн должны быть взаимно перпендикулярны, а разность фаз составлять 90^о.

Распространяясь под углом 45^о, вектор Е может быть разложен на две составляющие Е_n и Е_tg. Составляющая Е_n движется между пластинами со скоростью света с, так как пластины на нее влияния не оказывают. Составляющая Е_tg, параллельная пластинам, распространяется между ними как в волноводе с повышенной фазовой скоростью. Вследствие различия фазовых скоростей у составляющих Е_n и Е_tg набег фазы при прохождении системы пластин длинной l = 2,1 см будет составлять 90^о.

При заданном размере раскрыва рупора и вычисленных размерах пластин, их количество в секции составляет 18 штук.

Описание конструкции

 

Антенна, состоящая из линейки рупоров, имеет 20 излучателей. Рупора плотно прилегают друг к другу сторонами раскрыва, имеющими больший размер. Ширина диаграммы направленности антенны по уровню 0,5 в Н-плоскости φ_0,5 = 4,9^о, в Е-плоскости φ_0,5 = 0,4^о.

Отклонение луча при работе антенны в несинфазном режиме происходит в Е-плоскости.

Питание осуществим с помощью схемы с фидерным распределением типа "елочка" с параллельным фазированием. Постепенное деление мощности производится при помощи волноводных тройников типа Е. Генератор, питающий антенну, имеет волноводный выход. Фидерный тракт выполняется в виде прямоугольного волновода с волной Н₁₀. Волноводный фидер непосредственно переходит в волновод, возбуждающий рупор.

При размерах раскрыва рупора в несколько длин волн можно считать, что отражений от раскрыва не происходит, аналогично можно пренебречь отражением от горловины рупора, так как углы раскрыва малы и соответствуют оптимальным размерам рупора[2].

Для создания поля с вращающейся поляризацией в раскрыве каждого рупора устанавливаются фазирующие секции.

антенна рупор волноводный фазирующий

Заключение

 

При выполнении данной курсовой работы была рассчитана антенна, состоящая из линейки рупорных антенн. Для получения более качественных характеристик расчет проводился для оптимального рупра. Проведенный расчет соответствует требованиям технического задания.

Список литературы

1. Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов / Под ред. Д. И. Воскресенского. М. : Сов. радио, 1972.

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

3. Антенны и устройства СВЧ: Методические указания к лабораторным работам. Часть 1 / Под ред. А.В. Рубцова. Рязань, 2006.

4. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток / Под ред.Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1994.