Вибраторная антенная решетка (стр. 1 из 3)

МО РФ

РГРТА

Кафедра РУС

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО КУРСУ АНТЕННЫ

ВИБРАТОРНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА

Выполнил:

Студент гр. 916

Принял:

Рязань

Содержание

Введение

1. Излучатель антенной решетки

2.1 Общая характеристика излучателя

2.2 Способ питания излучателя

2.3 Диаграмма направленности излучателя

3 Расчет антенной решетки

3.1 Геометрия решетки

3.2 Множитель решетки

3.3 Диаграмма направленности решетки

3.4 Расчет амплитудного распределения

3.5 Расчет сканирования

Заключение

Список литературы

Введение

Антенно-фидерное устройство, обеспечивающее излучение и прием радиоволн,— неотъемлемая часть любой радиотехнической системы. Требования к техническим характеристикам антенн вытекают из назначения радиосистемы, условий размещения, режима работы, допустимых затрат и т. д.

Антенны СВЧ широко применяют в различных областях радиоэлектроники — связи, телевидении, радиолокации, радиоуправлении, а также в системах инструментальной посадки летательных аппаратов, радиоэлектронного противодействия, радио взрывателей, радио телеметрии и др. Успешное развитие радиоастрономии и освоение космоса во многом связаны с достижениями антенной техники СВЧ. В последние годы намечаются новые области использования СВЧ антенной техники, например для передачи СВЧ энергии на большие расстояния.

Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие антенны. Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. Замена слабонаправленных или ненаправленных антенн, например связных, остронаправленными сканирующими позволяет не только получать энергетический выигрыш в радиотехнической системе за счет увеличения коэффициента усиления антенн, но и в ряде случаев ослаблять взаимные влияния одновременно работающих различных систем, т. е. обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС). При этом могут быть улучшены помехозащищенность, скрытность действия и другие характеристики системы. При механическом сканировании, выполняемом поворотом всей антенны, максимальная скорость движения луча в пространстве ограничена и при современных скоростях летательных аппаратов оказывается недостаточной. Поэтому возникла необходимость в разработке новых типов антенн.

Применение ФАР для построения сканирующих остронаправленных антенн позволяет реализовать высокую скорость обзора пространства и способствует увеличению объема информации о распределении источников излучения или отражения электромагнитных волн (ЭМВ) в окружающем пространстве.

Характерной особенностью современных антенн является их многообразие (непрерывно появляются новые типы). В соответствии с решаемыми радиотехнической системой задачами антенны СВЧ, работающие в дециметровом, сантиметровом или миллиметровом диапазонах волн, имеют принципиально различные характеристики и отличаются конструкцией, технологией изготовления, эксплуатацией и т. д.

1. Излучатель антенной решетки

1.1 Общая характеристика излучателя

Вибраторные излучатели широко используются как элементы ФАР в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Широкое применение вибраторных ФАР 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 ДН отдельных излучателей благодаря включению управляемых нагрузок. Вибраторные излучатели как элементы ФАР при соответствующем выборе конструкции позволяют обеспечить работу в широкой полосе частот или многочастотный режим в совмещенных вибраторных ФАР. Последние обеспечивают электрическое сканирование лучом в достаточно широком секторе углов до ±45... 50° от нормали.

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

На рис 1 показаны наиболее широко используемые типы симметричных вибраторных излучателей. На рис..1,а изображен тонкий цилиндрический вибратор диаметром 2а«l, где l- длина волны, возбуждаемой от коаксиальной линии. Для защиты от внешних метеоусловий узел возбуждения такого вибратора может закрываться герметизирующим кожухом (рис 1 ж) Через коаксиальный разъем 6 вибратор связан с фидерным трактом. Для симметрирования возбуждения плеч вибратора 1 и 2 служит четвертьволновая щель 4. Для получения однонаправленного излучения используется экран 5. Тонкий вибратор имеет небольшую рабочую полосу частот (2Df/f₀@4…6%) и обладает сравнительно малой электрической прочностью (в сантиметровом диапазоне допустимая мощность не превышает 10 кВт). Рабочая полоса частот может быть расширена (до 10...15%) подбором длины 2l_и герметизирующего кожуха 3 (2l_и@0,2l).

В широкополосных вибраторах (рис.1,6) для соединения коаксиального питающего фидера с воздушной полосковой линией длиной l/4 использован экспоненциальный переход. Эти вибраторы обладают также повышенной электрической прочностью. Изогнутый вибратор (рис. 1, б) имеет более широкую ДН в E-плоскости, что позволяет получить большой сектор сканирования ФАР. В качестве направленных вибраторных излучателей в ФАР с ограниченным сектором сканирования используются антенны типа волновой канал (рис. .1,г).

Вибраторные излучатели оказались очень удобны и при миниатюризации антенн за счет комплексирования в одной апертуре нескольких разночастотных антенн. В электрически коротких (Н-образных) вибраторах (рис. 1,6) для настройки их в резонанс используются поперечные плечи. Такие вибраторы имеют уменьшенную поверхность рассеяния, и их использование целесообразно при построении совмещенных в одной апертуре разночастотных вибраторных ФАР, так как взаимные искажения ДН получаются при этом минимальными.

Рис. 1. Симметричные вибраторы, используемые в качестве излучателей ФАР

Печатные вибраторные излучатели (рис..1,е) обладают высокой технологичностью, компактностью, конструктивной жесткостью и перспективны для ФАР, устанавливаемые на подвижных объектах.

Короткозамкнутые вибраторы, или диполи, широко применяются в последнее время при создании частотно- и поляризационно-селективных пространственных структур или фильтров. Они используются для обеспечения ЭМС близкорасположенных антенн, уменьшения уровня боковых лепестков, построения многофункциональных антенн и облегченных рефлекторов зеркальных антенн, уменьшения эффективной площади рассеяния антенн и т. д.

1.2 Способ питания излучателя

Вибраторные ФАР чаще строятся по параллельной схеме питания. В качестве фидерных используются коаксиальные (в метровом и дециметровом диапазонах) или полосковые (в дециметровом и сантиметровом диапазонах) линии.

Для симметрирования и согласования вибраторных излучателей ФАР с фидерными линиями применяются симметрирующие и согласующие устройства. Наиболее широко используемыми типами симметрирующих устройств являются четвертьволновая щель (рис. 2, а) (при жестком коаксиальном фидере) и U-колено (рис. 4,6) (в случае гибких коаксиальных и полосковых линий). Реже используется волноводная линия для возбуждения вибраторов ФАР при последовательной схеме питания. Применяются также вибраторные ФАР с оптическим питанием: отражательные, состоящие из облучателя и приемопередающих вибраторных элементов, нагруженных отражательными фазовращателями, и проходные.

Однако вибраторные ФАР с оптической схемой питания имеют ряд недостатков, связанных с ограниченностью реализуемых законов амплитудного распределения по излучателям и большими потерями из-за наличия неуправляемого излучения. Для получения круговой поляризации используются турникетные или взаимно ортогональные вибраторные излучатели с квадратурным питанием.

В качестве делителей мощности в вибраторных ФАР с параллельным питанием используются кольцевые (на два канала)

…

Рис.3 Рис.4

Рис.2

Рис.2. Схематическое изображение симметрирующих устройств Рис.3. Топология полосковых развязанных делителей мощности Рис.4. К расчету характеристик вибраторных ФАР

и лучевые (на четыре канала) резистивные делители мощности (рис.3), а также неразвязанные делители мощности на два, реже на большее число каналов [0.8]. Согласование плеч 1, 2, 4, 5 лучевого делителя обеспечивается плавным изменением размеров линии 3, а для поглощения отраженной волны используется углеродистая пленка 6 (рис.3,б) или резистор R (рис.3, а). В неразвязанных делителях имеется значительная взаимосвязь каналов, в результате чего отраженная от излучателей энергия, возникающая из-за их рассогласования с фидерным трактом в процессе сканирования лучом, проходит на вход соседних излучателей и изменяет первоначальный закон их возбуждения, что в конечном итоге искажает ДН. Кроме того, часть отраженной энергии проходит на общий вход ФАР, приводя к ее рассогласованию. Схема с резистивными делителями мощности в значительной степени свободна от этих недостатков. Сочетание кольцевых и лучевых делителей мощности позволяет разделить энергию от общего входа ФАР с заданным законом деления на число, излучателей N=2^п3^т, где n и т—любые положительные целые числа. Кроме того, резистивные делители мощности сохраняют свои характеристики в значительной полосе частот (20... 50%).

1.3 Диаграмма направленности излучателя

Диаграмма направленности одиночного вибратора в общем виде:

Fh(q):=1