длина рупора в плоскости E:

длину рупора в плоскости Н считаем равной длине рупора в плоскости Е, т.е. R₂=R₁=23.3см

Находим углы раствора рупора:

6. Расчёт диаграммы направленности рупорно-линзового излучателя:

Поле в раскрыве синфазное, амплитудное распределение в раскрыве принимаем совпадающим с полем в поперечном сечении питающего волновода. Тогда диаграмма направленности будет рассчитываться по следующим формулам [5]:

- в Н плоскости;

- в Е плоскости.

Соответственно для нашего случая диаграмма направленности примет вид:

- в Н плоскости;

- в Е плоскости.

Диаграмма направленности рупора в Н плоскости:

Диаграмма направленности рупора в Е плоскости:

Расчёт антенной решётки

Как уже отмечалось, антенные решётки позволяют сделать диаграмму остронаправленной, увеличить КНД антенны, обеспечить возможность обзора довольно широкого сектора пространства. Исходными данными для расчёта антенной решётки (рис.4) являются ширина диаграммы направленности, сектор сканирования.

Рис.4

Поляризация горизонтальная, значит, вектор лежит в горизонтальной плоскости. Тогда параметры решётки в плоскости Е: d₁, n, L_y, , .

Параметры решётки в плоскости Н: d₂, m, L_z, .

1. Расчёт расстояний между излучателями.

Так как в плоскости Е осуществляется сканирование, то расстояние между излучателями находится по формуле:

, - находим по диаграмме направленности рупора на уровне 0.3 (сектор сканирования 10дБ, или). Тогда:

Получилось, что d_1max меньше стороны рупора. Берём . Соответственно, данная решётка не сможет осуществить качание луча в заданном секторе. Так как антенна не может обеспечить заданный сектор сканирования на уровне 0.3, то сами зададим сектор сканирования, допустим, на уровне 0.7. По диаграмме направленности одиночного рупора находим новое значение (сектор сканирования ).

В плоскости Н режим синфазный. Находим расстояние между излучателями, при котором КНД решётки достигает максимального значения, т.е. оптимальное:

, где ,

Берём . Так как , то в диаграмме направленности будут довольно большие дифракционные лепестки.

2. Расчёт количества излучателей.

,

3. Расчёт длины решётки.

4. Расчёт уровня боковых лепестков.

в плоскости Е:

так как в плоскости Н 2 излучателя, то боковые лепестки в диаграмме направленности в Н плоскости будут отсутствовать.

5. Расчёт КНД решётки.

КНД антенной решётки находится по формуле: , где - количество излучателей в решётке; - КНД одиночного излучателя.

Видим, что КНД решётки значительно больше КНД одиночного рупора.

6. Определение разности фаз между соседними излучателями в плоскости, где осуществляется сканирование, т.е. в Е плоскости:

Расчёт диаграммы направленности антенной решётки

Диаграмма направленности антенной решётки определяется произведением двух множителей: диаграмм направленности одиночного излучателя решётки и множителя решётки . Диаграмма множителя решётки находится по формуле:

, где

В плоскости Н: . В данном случае диаграмма направленности антенной решётки примет вид:

, где (3)

Подставляя в (3) известные величины, окончательно получаем:

, где

В плоскости Е: . В плоскости Е осуществляется сканирование. В этом случае диаграмма направленности антенной решётки примет вид:

, где (4)

- сектор сканирования.

Подставляя в (4) известные величины, окончательно получаем:

, где

Диаграмма направленности множителя решётки и одиночного рупора в Н плоскости:

Диаграмма направленности антенной решётки в Н плоскости:

Диаграмма направленности множителя решётки и одиночного рупора в Е плоскости:

Диаграмма направленности антенной решётки в Е плоскости:

Схема питания антенной решётки

Для обеспечения обзора пространства (т.е. обеспечение сканирования) следует обеспечить разность фаз между излучателями . Для этого используем ферритовый фазовращатель на прямоугольном волноводе. Схема питания решётки в плоскости Е представлена на рис.5, в плоскости Н на рис.6.

Рис.5

В процессе выполнения данной курсовой работы спроектировали антенную решётку из 12 рупорно-линзовых излучателей с электрическим качанием луча в Е плоскости. При расчёте решётки столкнулись с тем, что не смогли обеспечить оптимальное расстояние между излучателями в Н плоскости. В связи с этим в диаграмме направленности появились нежелательные довольно большие дифракционные лепестки. Также не удалось обеспечить заданный сектор сканирования на уровне 0.3. Поэтому мною был выбран сектор сканирования на уровне 0.7. Это требование удалось обеспечить, хотя и с довольно большим дифракционным лепестком в диаграмме направленности.

В итоге получилась антенная решётка со следующими параметрами:

Рабочая частота - 7.5 ГГц;

Мощность в антенне - 4 кВт;

КНД антенны - 2400;

Поляризация - горизонтальная;

Ширина диаграммы направленности на уровне 0.5 по мощности:

- в горизонтальной (Е) плоскости -

- в вертикальной (Н) плоскости -

Сектор сканирования на уровне 0.7 по мощности

При расчёте антенны использовались некоторые приближённые формулы, что в конечном счёте повлияло и на точность результатов в целом.

Список используемой литературы

1. Устройства СВЧ и антенны. Методические указания к курсовому проектированию. Сост.: В.И. Елумеев, А.Д. Касаткин, В.Я. Рендакова. Рязань, 1998. №2693

2. Д.И. Воскресенский. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решёток. - М.: Радио и связь, 1994.

3. А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко, А.Г. Кислов. Антенно-фидерные устройства. - М.: Советское радио, 1974.

4. Д.М. Сазонов. Антенны и устройства СВЧ. Учебник для радиотехнических специальных вузов. - М.: Высшая школа, 1988г.

5. Д.И. Воскресенский. Расчёт антенн СВЧ. Ч.1. - Москва, 1970.

6. А.П. Дорохов. Расчёт и конструирование антенно-фидерных устройств. Изд. Харьковского университета, 1960.

Размещено на Allbest.ru