МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ
Рязанська державна радіотехнічна АКАДЕМІЯ
Кафедра РУС
Курсова робота
з дисципліни "Антени та пристрої НВЧ"
на тему: Лінійна решітка спіральних антен з електронним скануванням.
Виконав:
Керівник:
Зміст
Введення
Розрахунок одиночного випромінювача
Розрахунок антенної решітки
Схема живлення антенної решітки
Конструкція випромінювача
Висновок
Список використаної літератури
Введення
В даній курсовій роботі розглядається лінійна решітка, випромінювачами якій служать циліндрова спіральні антени. Спіральна антена відноситься до антен біжучої хвилі, поле випромінювання яких у напрямку осі має обертову (кругову) поляризацію. Такі антени широко використовуються в радіолокації для одержання більш контрастного зображення цілі на тлі перешкод, а також при роботі з літальними і космічними апаратами, положення антен яких в просторі не стабілізована.
однозаходной циліндрична спіральна антена являє собою дротяну спіраль з постійним кроком S, виконану на циліндричній поверхні радіуса R = a.
Один кінець спіралі залишається вільним, а інший з'єднаний з внутрішнім провідником коаксіальної лінії. Зовнішній провідник коаксіальної лінії приєднується до металевого екрану, що має форму диска або багатокутника. Екран служить для отримання однонаправленої випромінювання і зменшення струмів, наводяться на зовнішньому провіднику коаксіального фідера. Діаметр екрана вибирається (0,7 - 0,9) О».
Для забезпечення більш гарних властивостей антени (наприклад більш високої швидкості переміщення променя в просторі) застосовують антенні решітки (рис.1)
рис.1
Потужність з виходу передавача надходить в розподільно-управляючий пристрій. Тут здійснюється розподіл потужності в потрібній пропорції між випромінювачами решітки, а також забезпечується створення необхідних фазових зрушень між струмами в них. Для вирішення цих завдань у розподільно-керуючих пристроях застосовуються дільники потужності, фазообертачі, комутатори і інші елементи фідерного тракту. Формована гратами діаграма спрямованості залежить від діаграм спрямованості окремих випромінювачів, їх взаємного розташування і числа.
Використання АР дозволяє істотно підвищити ефективність сучасних бортових і наземних радіосистем за рахунок здійснення швидкого безінерційного огляду простору шляхом сканування променя АР електричними методами; збільшення коефіцієнта посилення антени; формування діаграми спрямованості з необхідною шириною і рівнем бічних пелюстків шляхом створення відповідного амплітудно-фазового розподілу по розкриву решітки.
Аналіз поставленого завдання.
За технічним завданням треба спроектувати скануючу в вертикальній площині лінійну антенну решітку, випромінювачами якій служать циліндричні спіральні антени.
Також необхідно зауважити, що у спіральних антен в Залежно від форми ДН та напрямки максимуму випромінювання розрізняють три режими: режим бічного або поперечного випромінювання, режим осьового випромінювання і режим похилого випромінюванні. Найбільш використовуваним є режим осьового випромінювання, забезпечує максимальний КНД і кругову поляризацію в напрямку максимуму ДН. Напрямок обертання площини поляризації збігається з напрямком намотування спіралі.
Використовуємо наступну методику розрахунку. Спочатку грунтуючись на значенні робочої частоти і довжини антенної решітки, які є, вихідними даними для розрахунку обчислюємо параметри одиночної спіральної антени і її ДН. Після цього використовуючи значення кута сканування і рівня бокових пелюсток, обчислюється кількість випромінювачів решітки, відстань між ними, а також ДН множника решітки.
Після цього обчислюється ДН лінійної антенної решітки.
Розрахунок одиночного випромінювача
В якості одиночного випромінювача береться циліндрична спіральна антена.
Вихідними даними є робоча частота і довжина АР.
Гц
Обчислюється робочий діапазон:
м
Довжина витка спіралі приймається рівною довжині хвилі робочого діапазону:
Визначаємо довжину одиночного випромінювача, беремо
де D - КНД,
а G - коефіцієнт посилення.
Оптимальний кроковий кут спіралі дорівнює О± = 11 В°. Наступним пунктом розраховуються крок і радіус спіралі.
Обчислюється кількість витків спіралі n = l 1 /s = 8, провадиться перерахунок l 1 = ns = 0,076 м = 7,6 см. Перевіряється величина коефіцієнта підсилення
22.897: = G
Або G = D = 13.598 дБ.
Ширина діаграми спрямованості знаходиться за формулою наведеною в літературі [6].
(2О?0.5) = 52 В°
Вхідний опір Zвх = Rвх = 140 Ом.
Розраховується еквівалентна фазова швидкість струму спіралі
Vопт = c/[(1 + О»/2l 1 ) sinО±] = 11.84 * 10 8 м/с V = Vопт * sinО± = 2.26 * 10 8 м/с.
Розраховується форма діаграми спрямованості. Де k - хвильове число, L - довжина витка спіралі, Оѕ - Коефіцієнт укорочення хвилі (Оѕ = (s + О»)/L, Оѕ = 1.22).
Розрахунок антенної решітки
Як уже зазначалося, антенні решітки дозволяють зробити діаграму гостронаправлених, збільшити КНД антени, забезпечити можливість огляду досить широкого сектора простору. Вихідними даними для розрахунку антенної решітки є сектор сканування і довжина хвилі.
АР є лінійною, всі випромінювачі однакові, отже, потрібно розрахувати відстань між випромінювачами, щоб після можна було побудувати ДН множника лінійної еквідістансной решітки. Схематично грати представлена на рис.2.
Згідно з завданням решітка повинна забезпечувати електричне хитання променя, тобто сканування. Це можливо реалізувати в разі несінфазного режиму роботи. В основу покладено те властивість, що при зміні різниці фаз струмів сусідніх випромінювачів від 0 до, напрям максимального випромінювання плавно повертається від нормалі до площини решітки. У разі якщо грати синфазно, то відстань між елементами слід вибирати оптимальним, тому в разі якщо це відстань виявиться більше, тому почнуть з'являтися дифракційні пелюстки. Для несінфазной антенної решітки відстань між елементами слід вибирати менше оптимального, в іншому випадку при відхиленні променя дифракційні пелюстки множника решітки будуть входити в основний пелюстка ДН випромінювачів, що призведе до зростання бічних пелюсток ДН решітки
Для розрахунку скористаємося формулою:
Де О± = 30 В° - кут сканування. Отримуємо d = 3,3 см. Виходячи з умови, що довжина антенної решітки l = 6О» і ширини випромінювача 2R = 0,328 вибираємо d = 0,648 і отримуємо 9 випромінювачів.
За технічним завданням потрібно забезпечити рівень бічних пелюсток в Е площині - 16 дБ, отже, в цьому випадку равноамплітудное збудження елементів решітки не підходить. Виберемо розподіл "Косинус на п'єдесталі" і за відомою формулою [5] розраховуємо ДН множника решітки.
Діаграма спрямованості АР визначається перемножуванням ДН одиночного випромінювача і ДН множника решітки.
Діаграма спрямованості мно...
