Домой

Технические условия




Скачать 123.25 Kb.
НазваниеТехнические условия
Дата24.01.2013
Размер123.25 Kb.
ТипЛитература
Содержание
Технические условия
Принцип действия и назначение линзовых антенн
Структурная схема радиотехнической системы
Расчет геометрических размеров антенны и облучателя
D  раскрыв линзы (в плоскости E
Расчет распределения поля в раскрыве линзы.
Расчет диаграммы направленности облучателя в Е плоскости
Расчет распределения поля в раскрыве линзы
Расчет диаграммы направленности антенны
Определение уровня боковых лепестков
Относительная погрешность ширины ДН
Подобные работы:

(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)




Расчет антенны. Курсовая работа.


Содержание


Технические условия 3

Принцип действия и назначение линзовых антенн 3

Структурная схема радиотехнической системы 7

Расчет геометрических размеров антенны и облучателя 8

Расчет распределения поля в раскрыве линзы. 11

Расчет диаграммы направленности облучателя в Е плоскости 13

Расчет распределения поля в раскрыве линзы 15

Расчет диаграммы направленности антенны 18

Определение уровня боковых лепестков 19

Относительная погрешность ширины ДН 19

Допуски на изготовление антенны 20

Литература 21



^

Технические условия





  1. Тип антенной системы: металлопластинчатая линза с прямоугольным раскрывом и облучателем в виде линейки вибраторов, возбуждаемых полем прямоугольного волновода с волной H10.

  2. Длина волны  = 5см.

  3. Ширина диаграммы направленности в главных плоскостях на уровне половинной мощности: в плоскости Е 2,5, в плоскости Н 8.

  4. Поле на краю раскрыва линзы  = 0,2.

  5. Уровень первого бокового лепестка не более -20дБ.

  6. Линейная поляризация.

  7. Мощность излучения 120кВт. Импульсный режим.

  8. Обзор пространства по азимуту 360, по углу места 15.
^

Принцип действия и назначение линзовых антенн



Линзовая антенна состоит из электромагнитной линзы и облучателя. Линза представляет собой радиопрозрачное тело, имеющее коэффициент преломле­ния, отличный от единицы. Назначение линзы трансформировать фронт воины, создаваемый облучателем, в плоский и сформировать требуемую диаграмму направленности (ДН). Принципиально линзовые антенны можно использовать для формирования самых различных диаграмм направленности.

Принцип работы линзовых антенн основан на разности скоростей фазового фронта электромагнитной волны в свободном пространстве и непосредствен­но в теле линзы. Фазовая скорость распространения волны в линзе νφ может быть больше или меньше скорости света с. В соответствии с этим, линзы под­разделяются на ускоряющие и замедляющие.

Линза, в которой выполняется условие νφ > с, называется ускоряющей. Она может быть выполнена в виде набора металлических пластин, отстоящих друг от друга на расстоянии и и параллельных вектору К создаваемой облучателем электромагнитной волны (рис. 1, а, б).




Рис.1. Линзовые антенны, состоящие: а – из ускоряющей металлопластинчатой линзы с круглым плоским излучающим раскрывом и облучателя в виде пирамидального рупора; б – из ускоряющей металлопластинчатой линзы с прямоугольным излучающим раскрывом и линейного облучателя.


Если при этом расстояние между металлическими пластинами а выбрать исходя из условия: 1/2<а<l, где l – длина волны излучения, то фазовая ско­рость распространяющейся между пластинами воины, также как и для волновода, будет определяться выражением



откуда видно, что νφ > с. Коэффициент преломления n таких линз лежит обыч­но в пределах: 0<n<0,86.

В ускоряющих линзах (рис. 1) выравнивание фазового фронта волны проис­ходит за счет того, что участки волновой поверхности часть своего пути прохо­дят в линзе с повышенной фазовой скоростью. Эти участки пути различны для разных лучей. Чем сильнее луч отклонен от оси линзы, тем больший участок пути он проходит с повышенной фазовой скоростью внутри линзы. Таким обра­зом, профиль ускоряющей линзы должен быть вогнутым по отношению к фрон­ту падающей волны. Выходной раскрыв линзы, как правило, делается плоским.

В зависимости от требуемой формы диаграммы направленности выходной излучающий раскрыв линзы может быть круглой или прямоугольной формы, а сама линза в этом случае будет либо сферическая (рис. 1, а), либо цилиндрическая (рис, 1, б). Сферическая линзовая антенна с круглым выходным раскрывом используется для формирования очень узкой (игольчатой) ДН с одинаковой шириной луча главных плоскостях. В качестве облучателей сферических линзовых антенн могут использоваться различные виды однонаправленных излучателей: различные рупоры, открытые концы волноводов, вибраторы е пассивным рефлектором и т.п. Если требуется сформировать веерообразную ДН с разной шириной луча в главных плоскостях, то используют цилиндрическую линзовую антенну, имеющую прямоугольный выходной раскрыв. В этом случае облучатель может быть выполнен в виде линейной системы элементарных синфазных излучателей (щелей, вибраторов), питаемых прямоугольным волноводом. При этом цилиндрическая линза формирует ДН только в одной плоскости, в другой плоскости ДН формирует линейный облучатель. Облучатель обычно располагается так, чтобы его фазовый центр совпадал с фокусом сфе­рической линзы или с фокальной осью цилиндрической линзы. Важно, чтобы возможно большая часть энергии излучения попадала на линзу, а не рассеива­лась в других направлениях и чтобы у поверхности линзы, обращенной к облуча­телю, фронт волны был близок к сферическому или цилиндрическому. Выполнение этого условия позволяет рассматривать облучатель либо как точечный, либо как линейный источник электромагнитных волн.

Поскольку линзовые антенны принципиально позволяют формировать диаг­раммы направленности любой формы, то возможности их применения в технике СВЧ весьма разнообразны. Так, например, линзовые антенны, формирующие уз­кий игольчатый луч ДН, широко применяются в качестве антенных систем радио­локационных станций (РЛС) обнаружения и сопровождения. Цилиндрические лин­зовые антенны, позволяющие формировать веерную ДН, могут использоваться в допплеровских измерителях скорости и сноса (ДИСС) бортовых РЛС, а также в системах картографирования местности. Линзовые антенны с облучателями в виде решетки элементарных излучателей способны формировать многолуче­вые ДН. Такие антенны находят применение в бортовых системах искусствен­ных спутников Земли (ИСЗ) и обеспечивают их связь с наземными станциями, позволяя осуществлять разделение каналов связи.
^

Структурная схема радиотехнической системы



Структурная схема РЛС сопровождения, в которой используется рассматриваемая антенна, приведена на рис. 2.



Рис.2. Блок-схема РЛС.


Назначение отдельных узлов ясно из рисунка.

Антенно-фидерный тракт состоит из облучателя, представляющего собой линейку вибраторов, волновода, возбуждающего вибраторы, двух вращающихся сочленений, ферритового дуплексера прием/передача.
^

Расчет геометрических размеров антенны и облучателя



Так как в качестве облучателя используется линейка синфазных вибраторов, то антенная линза является цилиндрической и диаграмма направленности антенны в H плоскости определяется диаграммой направленности облучателя.

Ширину ДН в H плоскости можно легко менять в широких пределах изменением числа излучателей N. Направленные свойства линейки характеризует функция



где k – волновой вектор.

Подставив значение   = 4, получаем уравнение относительно N. Численное решение этого уравнения в системе Maple дает значение N = 14. Тогда раскрыв линзы в H плоскости будет

,

где d – расстояние между вибраторами. Оно вычисляется по формуле

см.

Здесь  - длина волны в волноводе, КР = 8 см – критическая длина волны. В качестве волновода выбираем волновод МЭК58. Таким образом, длина излучателя и раскрыв антенны в Н плоскости равны DH = (N+1)d = 156,49 =48,9 см.

При расчете геометрических размеров антенны в Е плоскости обратимся к рис.3, на котором представлен профиль в плоскости E ускоряющей металлопластинчатой антенны с плоским выходным излучающим раскрывом и облучателем, расположенным в точке фокуса F.

На рис. 3 приняты следующие обозначения:

F  фазовый центр облучателя;

f  фокусное расстояние;

^ D  раскрыв линзы (в плоскости E);

t – толщина линзы;

9 ·· угол раскрыва линзовой антенны;

 – текущий угол раскрыва линзовой антенны;

9 радиус раскрыва линзы;

ρ – текущий радиус раскрыва линзы;

r9 расстояние от фазового центра облучателя до края раскрыва линзы;

r – текущее расстояние от фазового центра облучателя до освещенной по­верхности линзы.



Рис.3. Профиль ускоряющей металлопластинчатой линзы в главной плоскости.


Определим размер раскрыва линзы E плоскости, используя соотношение



Здесь - коэффициент, учитывающий закон распределения амплитуды поля на излучающем раскрыве в соответствующей плоскости. Его определяем по данным Приложения 2методических указаний. При выборе коэффициента руководствуемся требуемым уровнем первого бокового лепестка и заданным уровнем поля на краю раскрыва, а также предполагаемым законом линзы. Последний определяется типом облучателя линзы.

В нашем случае - линейка вибраторов - закон распределения поля косинусоидальный. При прикидочном расчете выберем степень аппроксимирующего полинома p=1. Тогда для  =9,2 получаем: А9 = 62.

Размер раскрыва будет

 см.

Коэффициент преломления выберем равным = 9,5. Это соответствует расстоянию между параллельными пластинами линзы a = 9,58.

Определим минимальное фокусное расстояние, воспользовавшись неравенством (1.5)



Выберем фокусное расстояние равным 1,1fmin: f = 128 см.

Определим толщину металлопластинчатой линзы, исходя из соотношения

см.

Определим угол раскрыва 9 из соотношения



Получаем: 9 = 35,98.
^

Расчет распределения поля в раскрыве линзы.



Профиль освещенной поверхности в E плоскости определяем по формуле



График, построенный с помощью программного пакета Maple, показан на рис.4.

Рассчитаем множитель, учитывающий влияние параметров ускоряющей линзы на распределение амплитуды поля в ее раскрыве по формуле:



График, построенный с помощью программного пакета Maple, показан на рис.5.



Рис.4. Зависимость профиля освещенной поверхности от угла раскрыва.



Рис.5. Зависимость множителя A()от угла раскрыва.

^

Расчет диаграммы направленности облучателя в Е плоскости



Рассчитаем диаграмму направленности излучателя в Е плоскости (для Н плоскости уже рассчитали) по формуле:



Здесь l – длина вибратора.

Воспользовавшись соотношением для уровня поля на краю линзы



получим уравнение для относительной длины вибратора l/



Решение этого уравнения дает:



Тогда



С учетом множителя , характеризующего влияние проводящей поверхности волновода, получаем



График показан на рис.6.



Рис.6. Диаграмма направленности облучателя в Е плоскости (в декартовых координатах).
^

Расчет распределения поля в раскрыве линзы



Рассчитаем угловую зависимость распределения амплитуды поля в E плоскости на излучающем раскрыве линзы по формуле:



График приведен на рис. 7.



Рис.7. Угловая зависимость нормированной амплитуды поля в раскрыве линзы.


Теперь рассчитаем зависимость нормированной амплитуды поля в раскрыве линзы от нормированной координаты /9.

При этом необходимо учитывать, что каждому значению угловой координаты соответствует значение профиля, которое связано с координатой раскрыва со­отношением



где угол меняется в пределах от 9 до 9.

Для решения этой задачи вычислим несколько точек для углов в указанном диапазоне, затем вычислим значения нормированной длины, после чего аппроксимируем массив данных функциональной зависимостью и построим график.



Рис.8. Зависимость нормированной амплитуды в раскрыве линзы от нормированной координаты.

Текст программы (в пакете Maple) и получившийся массив данных приведены ниже:

> E_Emax_e:=(1-.5967999814*cos(z))/(.4932999186*cos(z)-.2499538826)^(1/2)*cos(.8964522954*Pi*sin(z))/cos(z);

> m:=19:

> rho_e9:=de/2: z92:=9.6124/m:

> for q to m do

z:=q*z92;

r[q]:=re: rho[q]:=r[q]*sin(z); rel_e[q]:=rho[q]/rho_e9;

EEmax_e[q]:=evalf(E_Emax_e);

print(`norm koord`=rel_e[q]): print(`norm amplituda`=EEmax_e[q]):

end do:










































> Ee_rasch:=[seq([rel_e[i],EEmax_e[i]],i=1..m)];



Построим график вместе с графиками аппроксимирующих полиномов первой и второй степени:



где p – степень аппроксимирующего полинома.

Графики приведены на рисунке 8. Как видно из рисунка, наиболее близким аппроксимирующим полиномом является полином с p = 1.
^

Расчет диаграммы направленности антенны



Рассчитаем диаграмму направленности антенны в Е плоскости по формуле



График приведен на рис.9.

Диаграмма направленности для Н плоскости совпадает с диаграммой направленности для излучателя (рис.19).
^

Определение уровня боковых лепестков



Для определения уровня боковых лепестков можно было бы приравнять 9 соответствующие производные диаграмм направленности, определить угол, при котором они равны 9, и вычислить значение соответствующей функции для такого угла.

Однако система Maple показывает координаты любой точки графика, указанной курсором, что сильно снижает трудоемкость работы.

Получаем из графиков рис.9 и рис.19, что уровни боковых лепестков в Е и Н плоскостях равны соответственно 9,98 и 9,22. Переведя эти значения в децибелы, получаем -21,9 дБ и -13,2 дБ.


Рис.9. Диаграмма направленности антенны в Е плоскости (декартовы координаты).


Рис.19. Диаграмма направленности антенны в Н плоскости (декартовы координаты).
^

Относительная погрешность ширины ДН



Погрешность определяем по формуле


Допуски на изготовление антенны



Cреднеквадратичное отклонение поверхности линзы от расчетной не должно превышать 15 мм.

Отклонение по размерам не должно превышать 2,5 мм.

Литература





  1. Кюн Р. Микроволновые антенны: Пер. с нем./ Под ред. М. П. Долухано-ва. Л.: Судостроение. 1967. 517 с.

  2. Айзенберг Г. 3., Ямпальский В. Г., Терешин О. Н. Антенны УКВ. В 2 ч./ Под ред. Г. 3. Айзенберга М: Связь. 1977. Ч. 2, 288 с.

  3. Фелъдгитейн А, Л., Ярвич Л. Р., Смирнов В, П. Справочник по элементамполноводной техники. М: Советское радио. 1967. 651 с.

  4. Никитин Б. Т., Федорова Л. А., Данилов Ю.Н. Антенны и устройства сверхвысоких частот. Расчет и проектирование устройств СВЧ: Учеб. пособие/ ЛИАН. Л., 1986. 66 с.

  5. Никитин Б. Т., Храмченко Г. Я. Расчет и проектирование зеркальных антенн: Метод, указ, к курсовому проектарованию. Ч. 1. Облучатели зеркальных антенн/ ЛИАП. Л., 1987. 19 с.

  6. Драбкин А. Л., Зузенко В. Л., Кислое А. Г. Антенно-фкцерные устрой­
    ства. М: Советское радио. 1974. 535 с.

  7. Шанников Д.В., Утробин О.Б, Жуков А.Д. Техническая электродинамика. Антенные устройства и распространение электромагнитных волн. Сборник задач. - СПб: СПбГТУ, 1998. - 74 с.

  8. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. - М.: Энергия, 1966. - 648 с.


Скачать 123.25 Kb.
Поиск по сайту:



База данных защищена авторским правом ©dogend.ru 2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Уроки, справочники, рефераты