Проектирование плоской фазированной антенной решетки

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Проектирование плоской фазированной антенной решетки

С дискретным фазированием

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«УСТРОЙСТВА СВЧ И АНТЕННЫ»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

(Вариант №20)

Руководитель: Зейде К.М.

Студент: Агалямов А.А.

Группа: РИ-410601

Дата: 15.12.14

Екатеринбург 2014

Содержание

Условные обозначения, символы и сокращения. 3

Введение. 4

Основная часть. 6

Параметры и характеристики одиночного излучателя. 6

Количество элементов и шаг решетки. 6

Геометрические размеры решетки. 6

Шаг решетки. 7

Количество элементов в решетке. 7

Распределение амплитуды тока по элементам решетки. 7

Структурная схема ФАР. 8

Расчет схемы питания и фазирования решетки. 8

Линии передачи в схеме питания и фазирования. 12

Схема дискретного ФВ.. 12

Диаграммы направленности АР в главных и в диагональной плоскостях. 13

Топология фазовращателя. 15

Ячейка решетки с излучателями и линиями питания. 16

Выводы.. 16

Список литературы.. 17

Условные обозначения, символы и сокращения

СВЧ – сверх высокие частоты

УБЛ – уровень боковых лепестков

ФАР – фазированная антенная решетка

ФВ – фазовращатель

ДМ – делитель мощности

СУ – согласующе-симметрирующее устройство

Г – генератор

МПЛ – микрополосковая линия

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. Реализуемость необходимых направленных свойств, помехозащищенности, частотных, энергетических и других характеристик антенн во многом зависит от рабочего диапазона волн. Хотя, в радиотехнических системах используют разные диапазоны частот, сверхвысокие частоты (СВЧ) получают все более широкое применение. Это объясняется возможностями реализации в антеннах СВЧ характеристик, влияющих на важнейшие показатели качества всей радиосистемы. Так, в диапазоне СВЧ антенны могут создавать остронаправленное излучение с лучом шириной до долей градуса и усиливать сигнал в десятки и сотни тысяч раз. Это позволяет использовать антенну не только для излучения и приема радиоволн на большие расстояния, но и для пеленгации, борьбы с помехами, обеспечения ЭМС систем и ряда других задач.

Антенны СВЧ широко применяют в различных областях радиоэлектроники – связи, телевидении, радиолокации, радиоуправлении, а также в системах инструментальной посадки летательных аппаратов, радиоэлектронного противодействия, радиотелеметрии 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. 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 в окружающем пространстве. Современные устройства СВЧ с электронными приборами и электрически управляемыми средами позволяют не только создать управляемое фазовое распределение в антенной решетке, но и первоначально обработать поступающую информацию непосредственно в СВЧ тракте антенны.

ФАР представляют собой систему большого числа отдельных излучателей, фазы высокочастотного возбуждения которых регулируются независимо с помощью быстродействующих полупроводниковых или ферритовых фазовращателей. Управление фазовращателями осуществляется с помощью ЭВМ.

ФАР классифицируются по расположению составляющих ее излучателей в пространстве (выпуклые – конические, сферические; плоские), размещения их в решетке (эквидистантные и неэквидистантные), способу возбуждения (пространственный и фидерный), а также типу применяемых излучателей (полосковый резонатор, круглый резонатор, полуволновой вибратор и др).

В данной курсовой работе производится расчет плоской эквидистантной ФАР, которая возбуждается полосковой линией питания (фидером). Принцип действия основан на синфазном сложении диаграмм направленности входящих в систему излучателей в направлении главного максимума ДН (полезное действие), а также в направлениях, которым соответствует пространственный фазовый сдвиг, компенсирующий сдвиг фазы между излучателями за счет возбуждения (паразитное действие). При этом ДН ФАР может быть определена как произведение ДН одиночного излучателя и множителя комбинирования решетки.

Отклонение главного максимума ДН ФАР для сканирования пространства производится путем введения дополнительного сдвига фаз между антенными элементами при помощи фазовращателей.

Основная часть

Количество элементов и шаг решетки

Шаг решетки

Исходя из требований поставленной задачи и условия описанного выше, был выбран следующий шаг решетки: =101мм, =82мм.

Структурная схема ФАР

СУ

ДМ

ФВ

/B TsMwEETvSPyDtUjcqENKAoRsqlIJcabl0psTL0lEvA6x24a/Z3uix9kZzb4pV7Mb1JGm0HtGuF8k oIgbb3tuET53b3dPoEI0bM3gmRB+KcCqur4qTWH9iT/ouI2tkhIOhUHoYhwLrUPTkTNh4Udi8b78 5EwUObXaTuYk5W7QaZLk2pme5UNnRtp01HxvDw5h9+6SuY79hvjnMVnvX7Oc9xni7c28fgEVaY7/ YTjjCzpUwlT7A9ugBoRs+ZBKFCF9BiV+lp91jbCUg65KfTmg+gMAAP//AwBQSwECLQAUAAYACAAA ACEAtoM4kv4AAADhAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnhtbFBLAQIt ABQABgAIAAAAIQA4/SH/1gAAAJQBAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC8BAABfcmVscy8ucmVsc1BLAQIt ABQABgAIAAAAIQDUPHOy6gEAAOkDAAAOAAAAAAAAAAAAAAAAAC4CAABkcnMvZTJvRG9jLnhtbFBL AQItABQABgAIAAAAIQCpJSQH2gAAAAgBAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAEQEAABkcnMvZG93bnJldi54 bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAASwUAAAAA " strokecolor="black [3200]" strokeweight=".5pt">

…

Излучатель №64

Излучатель №1

Рис.3.Структура ФАР.

Излучение, создаваемое генератором, подается через согласующее устройство на делитель мощности, затем поступает на фазовращатели и достигает излучателей антенной решетки. Согласующее устройство выполнено в виде согласующего U-колена, так как с генератора сигнал подается по коаксиальному кабелю. Делители мощности выполнены в виде тройниковых делителей, коаксиального сплиттера, фазовращатели построены на p-i-n диодах.

Схема дискретного ФВ

В качестве элемента, сдвигающего фазу сигнала, был выбран p-i-n диод 2А507А. Так как один такой ФВ меняет фазу на π /8, для каждого излучателя потребуется 4 таких ФВ. Всего понадобится 64х4=256 ФВ, диодов понадобится 256х2=512 штук. Расстояние между диодами рассчитано в предыдущем пункте и равно 34 мм.

Рис.9. Схема ФВ типа нагруженная линия.

Топология фазовращателя

Рис.16. Топология с размерами площадок.

Выводы

Целью настоящего курсового проекта являлось моделирование ФАР по некоторым известным параметрам, таких как: частота излучения, максимальные углы отклонения луча от нормали к решётке, уровень боковых лепестков и т.д. В качестве одиночного излучателя предлагался круглый полосковый резонатор. Оценивая полученные результаты можно говорить о полном соответствии полученной модели требованиям технического задания.

Соответствие энергетических показателей полученной ФАР обеспечивается её структурой: квадратная решётка с равномерно расположенными 64 излучателями, распределение тока по элементам решётки соответствует закону косинус на пьедестале (деление мощности между элементами решётки осуществляется с помощью реактивных тройниковых делителей мощности). Для подобной структуры была спроектирована схема фазовращателя для каждого антенного элемента (с минимумом дискрета сканирования p/8) и рассчитаны значения элементов в неё (структуру) входящих.

Список литературы

1.Наймушин М.П., Панченко Б.А., Шабунин С.Н. Проектирование

антенных систем СВЧ: Методические указания и задания к курсовому проекту. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 1993. 48с.

2.Хижа Г.С., Вендик И.Б., Серебрякова Е.А. СВЧ фазовращатели и переключатели: Особенности создания на pin-диодах в интегральном исполнении. М.: Радио и связь, 1984. 184с.

3.Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ: Учебник для радиотехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 1988. 432с.

4.Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решёток: Учебное пособие для вузов / Филиппов В.С., Пономарёв Л.И., Гринёв Ю.А. и др.; Под ред. Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь, 1994. 592с.

5.Полосковые платы и узлы: Проектирование и изготовление / Котов Е.П., Каплун В.Д., Тер-Маркарян А.А. и др.; Под ред. Е.П. Котова и В.Д. Каплуна. М.: Сов. радио, 1979. 248с.

6.Полупроводниковые приборы: Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / Баюков А.В., Титцевич А.Б., Зайцев А.А. и др.; Под ред. Н.Н. Горюнов. М.: Энергоатомиздат, 1983. 744с.