Выбор типа и проектный расчет волноводно-щелевой антенны и направленного ответвителя по схеме Бете. Проведение расчета размеров антенны и необходимого диапазона частот. Разработка схемы диаграммы направленности и расчет действия РЛС в различных условиях.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

3

Курсовая работа

Антенна РЛС с частотным сканированием и НО

Содержание

Введение

1. Выбор типа антенны, расчет ее размеров и необходимого диапазона частот

1.1 Расчет питающего волновода

1.2 Расчет антенной решетки

2. Расчет диаграммы направленности

3. Расчет эквивалентной схемы антенны

3.1 Расчет электрической схемы

3.2 Расчет фидерного тракта, соединяющего передатчик с антенной

4. Расчет НО

5. Расчет дальности действия РЛС с учетом неблагоприятного влияния атмосферы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Во многих радиотехнических системах требуется перемещать ДН антенной системы в пространстве. Естественный путь перемещения ДН заключается в повороте всей антенной системы в нужном направлении. Однако такому способу присущи недостатки, которые могут либо в значительной степени снизить характеристики, либо потребовать трудно реализуемых конструктивных решений. В связи с этим в течении длительного времени широко разрабатываются специальные антенны обеспечивающие перемещение ДН в пространстве (сканирование ДН) без поворота всей антенной системы.

Наиболее перспективными в этом отношении являются, по - видимому, фазированные антенные решетки. Однако применение их в настоящее время связано с целым рядом трудностей. По этой причине во многих случаях представляют значительный интерес антенны, в которых сканирование ДН связано с перемещением или изменением параметров какого - либо элемента. Входящего в антенную систему. Если изменение электрических параметров, какого - либо элемента системы осуществляется механическим способом, то такую антенну называют антенной с электромеханическим сканированием.

В антенной технике существуют антенны, которые позволяют путем перемещения облучателя осуществить сканирование в очень широких секторах сканирования без искажения ДН, например линза Люнеберга. В других антенных используются специальные устройства, трансформирующие синфазное распределение в раскрыве обычной антенны в линейно изменяющееся. В этом случае под раскрывом антенной системы в целом следует понимать раскрыв трансформирующего устройства.

Частотное управление лучом является одним из электрического способов управления и основано на изменении расстояния между излучателями, возбуждаемыми бегущей волной, при изменении частоты генератора. При этом способе управления лучом для осуществления обзора пространства в достаточно большом секторе требуется генератор с электрической перестройкой частоты в широком диапазоне.

Целью данного курсового проекта является расчет антенны с частотным сканированием.

схема антенна диапазон частота рлс

1. Выбор типа антенны, расчет ее размеров и необходимого диапазона частот

В антенных СВЧ с частотным сканированием излучатели, как правило, расположены непосредственно на возбуждающей системе. В качестве системы возьмем волноводно - щелевую антенну, которая представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - волноводно - щелевая антенна.

1.1 Расчет питающего волновода

Щелевые волноводные антенны могут выполняться на основепрямоугольного, круглого, змейкового, спирального и других типов волноводов. Щелевые волноводные антенны удобно выполнять на основе прямоугольного волновода с волной Н₁₀.

Т.к. основным типом у нас будет H₁₀ , то

(1.1)

(1.2)

где

Выбираем стандартные значения для размеров волновода : а=23., b=10мм.

На основе этих данных рассчитаем параметры:

 (1.3)

(1.4)

1.2 Расчет антенной решетки

Основные характеристики определяются следующими соотношениями:

Замедление фазовой скорости

(1.5)

Замедление групповой скорости

(1.6)

Предельная пропускающая мощность

(1.7)

Коэффициент затухания

(1.8)

Согласно формуле (1.5) диапазон изменения фазовой скорости может меняться от 0 до 1. Однако диапазон изменения , который можно реализовать, значительно уже. Это объясняется тем, что при () резко возрастают потери и падает мощность . Нижний предел можно найти, если допустить увеличение потерь примерно в два раза по сравнению с обычным волноводом. При этом и . Верхний предел связан с требованием подавления волны типа , возникающей при условии . При таких условиях . Таким образом, замедление фазовой скорости ограничено значениями .

Направление излучения линейной решетки излучателей определяется по формуле

(1.9)

для излучателей, синфазно связанных с полем волновода, и

(1.10)

для излучателей, переменнофазно связанных с полем волновода.

Качание луча при изменении частоты будет происходить за счет изменения и .

Важное значение при проектировании антенн имеет выбор расстояния между соседними излучателями , которое должно быть таким, чтобы при качании луча в заданном секторе исключалась возможность появления побочных главных максимумов.

Условие существования одного главного максимума в диаграмме направленности при сканировании требует, чтобы расстояние было бы меньше. С другой стороны, чтобы направление главного максимума было близко к нормали к оси решетки, возбуждение излучателей должно быть близко к синфазному. Последнее достигается в волноводно-щелевых антеннах при . С целью уменьшения расстояния между излучателями в волноводно-щелевых антеннах применяют переменно-фазное возбуждение соседних излучателей. В этом случае расстояние примерно равно половине длины волны в волноводе. Однако при расположении всех излучателей на расстоянии друг от друга волны, отраженные от всех излучателей, складываются в фазе на входе антенны, что резко нарушает ее согласование. При отклонении луча от нормали отлично от и отраженные от излучателей волны в большей мере взаимно компенсируются и к.с.в.1.

Волноводно-щелевая антенна с переменнофазным возбуждением излучателей может быть выполнена в виде волновода с продольными щелями на широкой стенке волновода при размещениях их по разные стороны от средней линии.

С учетом этих соображений, выбираем в качестве излучателей антенной решетки щели, переменнофазно связанные с полем волновода, и номер луча .

Итак, используя формулу 5, определим замедление фазовой скорости

Расстояние между излучателями примем

Используя графики [2] определим максимальное и минимальное значение замедления фазовой скорости:

После чего можем определить диапазон рабочих частот, следующим образом:

Далее определяем возможный сектор сканирования:

Как видим, получившийся сектор сканирования полностью удовлетворяет требованию технического задания.

Используя формулы (1.7-.1.8), беря в качестве материала для изготовления волновода медь (), определяем

,

Так как в техническом задании ничего не сказано про закон распределения излучаемой мощности вдоль решетки, то выбираем экспоненциальный закон. Далее рассчитываем следующие характеристики [:

Длина антенной решетки

(1.11)

Где (1.12)

Коэффициент полезного действия (1.13)

Число излучателей в решетки (1.14)

Анализируя выражение 1.12, можем сделать вывод, что при уменьшении частоты (увеличении длины волны) ширина диаграммы направленности будет увеличиваться. А так как по заданию ширина диаграммы направленности должна быть не больше , соответственно длину антенной решетки будим находить на минимальной частоте (максимальной длине волны).

Из формулы (1.12) можем определить ширину диаграммы направленности на всем диапазоне:

Определяем коэффициент полезного действия:

Число излучателей:

Выбираем размеры щелевых излучателей

Длина щели: (1.15)

Ширина щели: , (1.16)

Где b - амплитуда напряжения в пучности.

- проводимость излучения щели

- сопротивление излучения эквивалентного симметричного вибратора.

В результате получаем:

Зная отношение по графику [2] определяем значение , где

2. Расчет диаграммы направленности

Нормированная диаграмма направленности линейной решетки может быть записана в виде [1]:

(4.1)

где - диаграмма направленности одного излучателя; - множитель антенны, зависящий от числа щелей в антенне....