Проектирование устройства антенного моноимпульсного вторичного радиолокатора
Отличия активной радиолокации от пассивной. Выбор и расчет основных параметров и схемы построения антенного устройства. Основные методы образования радиолокационных сигналов. Разработка линейной решетки излучателей, системы распределения мощности.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.11.2017 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
3.1 Расчет ДОС в азимутальной плоскости
Система распределения мощности представляет собой многоканальный делитель мощности, выполненный по схеме параллельно-последовательного типа. Основными элементами в топологии являются мосты, квадратурные мосты, и кольцевые делители.
Определяющими параметрами моста являются коэффициент деления и длина его фазосдвигающей петли. При определении коэффициентов деления мостов будем придерживаться схемы построения устройства представленной на Рис. 3.1. В таблице 3.1.1 приведен математический расчет коэфициентов деления мостов. Asn и Adn - приведенная амплитуда выходов в суммарном и разностном канале.
Полученные коэффициенты деления будут использованы при проектировании тройников.
Таблица 3.1.1 Расчет коэффициентов деления
Рис. 3.1 Сравнение полученного и заданного амплитудных распределений.
Исходными данными для расчета длины плеч тройников являются теоретическое фазовое распределение на элементах АР в вертикальной плоскости на выходах блока. Фаза на n-ом выходе ДОС определяется в соответствии с формулой:
, (3.1)
где - известные значения фазы на соответствующих выходах элементарных излучателей, а - физический путь хода сигнала. Значения горизонтальных размеров выходных плеч тройников для выстраивания заданного теоретического фазового распределения можно найти с помощью специально составленного алгоритма, написанного в программной среде MathCAD, учитывая, что вертикальные размеры всех тройников равны и обеспечивают одинаковый набег фазы: . Этот принцип поможет при подборе нужных длин полосков в проектировании диаграмообразующей схемы. На рис. 3.1.1 проведена проверка работоспособности ДОС.
3.2 Электродинамическое моделирование мостовых устройств
В разработанной топологии, исходя из расчетов переходных ослаблений, а также исходя из требований к габаритной минимализации, были спроектированы различные виды мостов. Примеры приведены на Рис. 3.2. В данном случае, были делители мощности с баллансной нагрузкой. Использование таких мостов обусловлено широкополосностью, высокой развязкой, а также возможностью получить необходимые переходные ослабления.
Рис.3.2. Вариации мостовых устройств применяемых в делителе
Размеры трансформаторов данных мостов можно расчитать по схеме изображенной на рис.5.2.2 с помощью следующих уравнений:
, , ,
Рис. 3.3. Схема строения моста
где R - баллансное сопротивление, z - сопротивление полосковой линии на различных участках, n - отношение мощностей .
Результаты расчетов представлены в таблице 3.2.
Таблица 3.2. Расчитанные размеры и переходные ослабления мостов
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
1 |
w1 |
7.87 |
8.46 |
8.68 |
№ |
6 |
w1 |
5.3 |
10.57 |
10.64 |
|
|
Деление |
w2 |
8.64 |
8.06 |
7.82 |
Деление |
w2 |
10.66 |
5.44 |
5.33 |
|||
|
2.9 |
3.1 |
w3 |
13.32 |
13.74 |
13.9 |
4 |
2,2 |
w3 |
11.64 |
15.3 |
15.35 |
|
|
w4 |
13.87 |
13.46 |
13.29 |
w4 |
15.37 |
11.73 |
11.66 |
|||||
|
lt1 |
67.5 |
67 |
68 |
lt1 |
67.3 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
68 |
68 |
67 |
lt2 |
68 |
68 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-12 |
-12 |
0 |
dl0 |
-15 |
-9 |
4 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
2 |
w1 |
6.36 |
9.52 |
6.48 |
№ |
7 |
w1 |
5.97 |
10.1 |
10.17 |
|
|
Деление |
w2 |
9.91 |
6.86 |
9.82 |
Деление |
w2 |
10.2 |
6.11 |
6.01 |
|||
|
3,6 |
2,5 |
w3 |
12.31 |
14.51 |
12.39 |
2,4 |
3,8 |
w3 |
12.06 |
14.95 |
15 |
|
|
w4 |
14.8 |
12.64 |
14.74 |
w4 |
15.02 |
12.15 |
12.09 |
|||||
|
lt1 |
66.8 |
68 |
68 |
lt1 |
67 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
68 |
68 |
67 |
lt2 |
68 |
68 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-14 |
-10 |
-2 |
dl0 |
-14 |
-10 |
4 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
3 |
w1 |
6.94 |
9.33 |
9.41 |
№ |
8 |
w1 |
5.3 |
10.57 |
10.64 |
|
|
Деление |
w2 |
9.46 |
7.09 |
7 |
Деление |
w2 |
10.66 |
5.44 |
5.33 |
|||
|
2,6 |
3,4 |
w3 |
12.69 |
14.37 |
14.43 |
4 |
2,2 |
w3 |
11.64 |
15.3 |
15.35 |
|
|
w4 |
14.47 |
12.79 |
12.73 |
w4 |
15.37 |
11.73 |
11.66 |
|||||
|
lt1 |
67.2 |
66.8 |
67 |
lt1 |
67.3 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
68 |
68 |
68 |
lt2 |
68 |
68 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-13 |
-10.5 |
2 |
dl0 |
-15 |
-9 |
4 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
4 |
w1 |
5.77 |
10.2 |
10.32 |
№ |
9 |
w1 |
5.08 |
10.68 |
10.74 |
|
|
Деление |
w2 |
10.34 |
5.96 |
5.79 |
Деление |
w2 |
10.8 |
5.26 |
5.17 |
|||
|
3,8 |
2,3 |
w3 |
11.93 |
15.02 |
15.11 |
2,2 |
4,1 |
w3 |
11.51 |
15.39 |
15.43 |
|
|
w4 |
15.13 |
12.06 |
11.95 |
w4 |
15.47 |
11.62 |
11.56 |
|||||
|
lt1 |
66.8 |
66.5 |
67 |
lt1 |
67 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
68 |
68 |
67 |
lt2 |
67 |
68 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-14 |
-9 |
4 |
dl0 |
-15 |
-9 |
4 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
5 |
w1 |
6.15 |
9.97 |
10.07 |
№ |
10 |
w1 |
7.72 |
8.55 |
8.7 |
|
|
Деление |
w2 |
10.07 |
6.29 |
6.15 |
Деление |
w2 |
8.78 |
7.96 |
7.81 |
|||
|
2,4 |
3,7 |
w3 |
12.18 |
14.84 |
14.92 |
3,2 |
2,9 |
w3 |
13.22 |
13.81 |
13.91 |
|
|
w4 |
14.92 |
12.26 |
12.18 |
w4 |
13.97 |
13.39 |
13.28 |
|||||
|
lt1 |
67 |
67 |
67 |
lt1 |
67 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
68 |
68 |
67 |
lt2 |
68 |
68 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-14 |
-10 |
4 |
dl0 |
-12 |
-11 |
0 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
1сум |
w1 |
7 |
9.18 |
9.28 |
№ |
1разн |
w1 |
5.3 |
10.57 |
10.64 |
|
|
Деление |
w2 |
9.18 |
7.27 |
7.15 |
Деление |
w2 |
10.66 |
5.44 |
5.33 |
|||
|
2,7 |
3,4 |
w3 |
12.37 |
14.26 |
14.33 |
4 |
2,2 |
w3 |
11.64 |
15.3 |
15.35 |
|
|
w4 |
14.26 |
12.91 |
12.84 |
w4 |
15.37 |
11.73 |
11.66 |
|||||
|
lt1 |
67 |
67 |
67 |
lt1 |
67.3 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
67 |
67 |
67 |
lt2 |
68 |
68 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-13 |
-11 |
2 |
dl0 |
-15 |
-9 |
4 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
2сум |
w1 |
7.87 |
8.46 |
8.68 |
№ |
2разн |
w1 |
8.25 |
8.13 |
8.25 |
|
|
Деление |
w2 |
8.64 |
8.06 |
7.82 |
Деление |
w2 |
8.25 |
8.39 |
8.25 |
|||
|
3,1 |
2,9 |
w3 |
13.32 |
13.74 |
13.9 |
3 |
3 |
w3 |
13.54 |
13.51 |
13.53 |
|
|
w4 |
13.87 |
13.46 |
13.29 |
w4 |
13.51 |
13.69 |
13.53 |
|||||
|
lt1 |
67.5 |
67 |
68 |
lt1 |
67 |
68 |
68 |
|||||
|
lt2 |
68 |
68 |
67 |
lt2 |
67 |
68 |
68 |
|||||
|
dl0 |
-12 |
-12 |
0 |
dl0 |
-12 |
-12.5 |
0 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
3сум |
w1 |
4.73 |
10.87 |
10.94 |
№ |
3разн |
w1 |
5.08 |
10.67 |
10.74 |
|
|
Деление |
w2 |
11.01 |
4.97 |
4.85 |
Деление |
w2 |
10.8 |
5.28 |
5.17 |
|||
|
2,1 |
4,2 |
w3 |
11.3 |
15.53 |
15.58 |
2,2 |
4,1 |
w3 |
11.51 |
15.38 |
15.43 |
|
|
w4 |
15.64 |
11.44 |
11.37 |
w4 |
15.47 |
11.63 |
11.56 |
|||||
|
lt1 |
67 |
67 |
67 |
lt1 |
67 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
67 |
67 |
68 |
lt2 |
67 |
67 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-15 |
-9 |
5 |
dl0 |
-15 |
-9 |
4 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
|||||||
|
№ |
4сум |
w1 |
7 |
9.18 |
9.28 |
№ |
4разн |
w1 |
2.72 |
12.03 |
12.07 |
|
|
Деление |
w2 |
9.18 |
7.27 |
7.15 |
Деление |
w2 |
12.05 |
2.76 |
2.67 |
|||
|
3,4 |
2,7 |
w3 |
12.37 |
14.26 |
14.33 |
1,6 |
5,1 |
w3 |
10.21 |
16.44 |
16.47 |
|
|
w4 |
14.26 |
12.91 |
12.84 |
w4 |
16.45 |
10.23 |
10.19 |
|||||
|
lt1 |
67 |
67 |
67 |
lt1 |
67 |
67 |
67 |
|||||
|
lt2 |
67 |
67 |
67 |
lt2 |
67 |
67 |
67 |
|||||
|
dl0 |
-13 |
-11 |
2 |
dl0 |
-17 |
-6 |
9 |
|||||
|
Ugol> |
Ugol< |
Symmetry |
||||||||||
|
№ |
w1 |
2.72 |
12.03 |
12.07 |
||||||||
|
Деление |
w2 |
12.05 |
2.76 |
2.67 |
||||||||
|
1,6 |
5,1 |
w3 |
10.21 |
16.44 |
16.47 |
|||||||
|
w4 |
16.45 |
10.23 |
10.19 |
|||||||||
|
lt1 |
67 |
67 |
67 |
|||||||||
|
lt2 |
67 |
67 |
67 |
|||||||||
|
dl0 |
-17 |
-6 |
9 |
Размеры указанные в таблице иллюстрирует Рис.5.2.1 Здесь w1-w4 - ширины полосковых линий, It1 - внутренняя длина кольцевой полосковой линии, It2 - длина внутреннего радиуса скругления полосковой линии, dl - фазировочная вставка. Таблица составлена с учером требований к развязке в - 30dB (и - 20 для больших переходных ослаблений).
Каждый из мостов был просчитан в трех различных моделях для каждого из переходных ослаблений. В таблице, таким образом, отмечены модели: Ugol> - относительно первичной линии, выходы 2 и 3 расположены под углом в 90 градусов, а большая часть мощности ответвляется в выход 2; Ugol< - геометрически похожая модель, но в ней большая часть мощности в выход 3; Symmetry - симметричная модель, где выходы 2 и 3 расположенны под углом в 90 и - 90 градусов.
Широкое использование квадратурных мостов в технике СВЧ обуславливают широкополосность и наличие сдвига по фазе между выходными сигналами моста, равного р/2 (90o). Квадратурные мостовые устройства обладают активным входным сопротивлением плеч 1 и 2 при условии равенства сопротивлений нагрузок плеч 3 и 4, даже если они при этом являются комплексными.
Квадратурный мост (рис.5.2.3) представляет собой комбинацию двух направленных ответвителей НО-1 и НО-2 и обладает тем свойством, что при величинах переходного затухания каждого из ответвителей, равного 8,34 дБ, в общей схеме моста реализуется режим 3дБ делителя, при котором сигналы на выходах 2 и 3 равны, составляют по уровню мощности 0,5 от мощности входного сигнала, подаваемого на вход 1, и находятся в квадратуре.
Рис. 3.4 Квадратурный мост
В отличии от квадратурных мостов, использованные в построении топологии двойные мосты (Рис. 3.5) имеют фазовый сдвиг в 180 градусов, и используются для того, чтобы запитать излучатели 6-12, 7-11 и 8-10 в противофазном сигнале для составления основного лепестка.
Рис. 3.5 Двойной мост
Таким образом схему деленя можно представить в виде, показанном на рис. 3.6 В данной схеме использованы все виды мостов, просчитанных в данном пункте.
Рис. 3.6. Схема расположения коэффициентов деления мостов в системе распределения мощности
3.3 Разработка топологии схемы деления УА
С учетом разработанной в предыдущем пункте схемы деления устройства была проработана топология схемы деления мощности (рис. 3.7). Длины волн полосков в данном случае просчитывались в специализированном программном обеспечении таким образом, чтобы длины всех дорожек были равны.
Рис. 3.7 Топология делителя мощности
В программном комплексе HFSS был произведен расчет данной топологии и получены основные характеристики, такие как амплитудное (Рис. 3.8), фазовое распределения (Рис. 3.9), а также было проведено сравнение теоретической диаграммы направленности МВРЛ (Рис. 3.10), и диаграммы направленности, полученной в результате моделирования топологии (Рис. 3.11)
А) Б)
В)
Рис. 3.8 Амплитудное распределение а - суммарного, б - разностного и в - канала подавления.
А) Б)
В)
Рис. 3.9 Фазовое распределение а - суммарного, б - разностного и в - канала подавления.
Рис. 3.10 Теоретическая диаграммы направленности МВРЛ
Рис. 3.11 Диаграммы направленности МВРЛ, полученная в результате электродинамического моделирования.
Как видно из сравнения рис. 3.10 и 3.11, полученная диаграмма направленности полностью перекрывает теоретическую, что говорит о правильной работоспособности системы деления.
Вывод:
На основании найденных коэффициентов деления мощности и длин петель фазосдвигающих секций суммарно-разностных мостов, был разработан вариант конфигурации топологии системы распределения мощности горизонтального излучателя в азимутальной плоскости.
На основании результатов электродинамического моделирования параметров печатных излучателей и схемы распределения мощности на базе мостовых соединений, отличающихся простотой и технологичностью конструкции, малыми габаритами и массой, высокой воспроизводимостью при серийном изготовлении и, как следствие, экономической эффективностью, и предварительной проработки конструктива УА можно с высокой степенью достоверности сделать вывод, о том что его реализация на производстве, удовлетворяющая требованиям ТЗ, не должна вызвать серьезных затруднений.
Заключение
В данной выпускной квалификационной работе решена задача разработки моноимпульсного вторичного радиолокатора.
В соответствии с заданными техническими требованиями, указанными в главе постановки задачи, был проведен анализ данных для определения варианта построения устройства. Была выбрана и построена ДОС в вертикальной и азимутальной плоскости антенного устройства, просчитано множество схем деления мощности.
Реализация ДОС в азимутальной плоскости в виде параллельно-последовательной схемы обусловлена реализацией высоких требований пунктов ТЗ в части уровня бокового излучения.
В работе были достигнуты заданные требования, поставленные в главе постановки задачи. Проведено численное проектирование, включающее расчет в программном пакете MathCad переходных ослаблений. По полученным характеристикам переходных ослаблений был проведен подбор размеров мостовых устройств, которые на этапе электродинамического моделирования в программном комплексе Ansoft HFSS, были оптимизированы для построения ДОС, и учтены при проектировании блока МВРЛ.
Список литературы
1. Белоцерковский Г.Н. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. - М.: Сов Радио, 1975.
2. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Советское радио, 1970.
3. Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радиотехника, 2006.
4. Справочник по радиолокации / Под ред. М.Сколник.. М. Советское радио, 1977.
5. Сканирующие антенные системы СВЧ / Перевод с английского под редакцией Г.Т. Маркова чА.Ф. Чаплина. - М : Советское радио, 1966. ЬоваН.Т. Микроэлектронные устройства СВЧ. Киев: Техника. 1984. ФелыНитейн А.Л., Л.Р. Ярич, В.П. Смирнов. Справочник по элементам волноводной техники (издание 2-е). - М.: Советское радио, 1967.
6. Основы конструирования и технологии РЭС: Учебное пособие для курсового проектирования / В.Ф. Норисов, Л.Л.. Мухин, И.В. Чермошенский и др. - М.: МАИ, 1998.
7. Проектирование РЭС: Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию / В.Ф. Норисов, М.Ф. Митюшип, А.Н. Шишков и др. - М.: МАИ, 2007.
8. Методические указания к выполнению технологической части дипломного проекта по радиотехническим специальностям / Ю.И. Коненков, М.А. Сахаров, Л.М. Федотов, Ю.В. Трегупов, Л.B. Логинова. - М.: МАИ. 1991
9. Экономическое обоснование дипломных проектов ( абот) по приборо- и радноприборостроению Методические указания / Под ред. В.П. Панагушина. - М.: МАИ. 2008
10. СВЧ цепи. Анализ и автоматизированное проектирование/ Фуско В. Пер. с англглийского под ред. В.И. Вольмана - М.: Радио и связь, 1990 - 288 с
11. Wilkinson, E.J., “An N-Way Hebrid Power Divider”, IRE I rans., Jan. 1960, pi 16-118.
12. Полосковые липни передачи: теория и расчет типичных неоднородностей, Е.И. Нефедов, - М.: Наука, 1974.
13. Полосковые линии передачи: Электродинамические основы автоматизированного проектирования интегральных схем СВЧ/Е.И. Нефедов, А.Т. Фиалковскнй. 2-е Издание., М.: Наука, 1974
14. Антенны и устройства СВЧ Проектирование ФАР Под. ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1981 -431 с.
15. Активные фазированные решетки. В.Л. Гостюхин, В.Н. Трусов, К.Т. Климов Ю.С. Данич; Под ред. В.Л. Гостюхина. - М.: Радио и связь, 1993. -270 с.
16. Малорадский А.Г., Явич Л.Р. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях - М: Советское радио, 1972. - 232 с.
17. В.В. Попов «Конструирование и конструкции устройств СВЧ». Москва, МАИ, 1992г.
18. М.А.Ганстон Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ, Под ред. Фрадина A 3 Москва, Связь, 1976
19. Устройства сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний/ под ред.З.И. Моделя. Москва, Связь, 1980.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Выбор и расчет основных параметров и схемы построения устройства антенного. Синтез вертикальной линейной решетки излучателей методом Вудворта-Лоусона. Электродинамическое моделирование мостовых устройств, печатного излучателя. Выбор канала подавления.
дипломная работа [3,4 M], добавлен 25.06.2017Проектирование антенного устройства, обеспечивающего поочерёдное подключение антенны к передатчику и к приёмнику, и обеспечивающее в режиме передачи ответвление части мощности от генератора. Расчёт направленного ответвителя с электромагнитной связью.
курсовая работа [864,5 K], добавлен 27.10.2011Обзор литературы по усилителям мощности. Описание электрической схемы проектируемого устройства - усилителя переменного тока. Разработка схемы вторичного источника питания. Выбор и расчет элементов схемы электронного устройства и источника питания.
реферат [491,0 K], добавлен 28.12.2014Излучатель антенной решетки. Выбор конструкции вибратора и схемы питания. Антенная решетка системы излучателей. Расчет диаграммы направленности и геометрия антенной решетки. Расчет параметров решетки при заданном максимальном секторе сканирования.
контрольная работа [250,6 K], добавлен 03.12.2010Проектирование быстродействующего обрабатывающего устройства ЭВМ. Расчет основных и произвольных компоновочных параметров логической схемы устройств. Расчет энергетических характеристик, выбор системы охлаждения. Требования к элементам конструкций.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.06.2012Обзор методов кодирования информации и построения системы ее передачи. Основные принципы кодово-импульсной модуляции. Временная дискретизация сигналов, амплитудное квантование. Возможные методы построения приемного устройства. Расчет структурной схемы.
дипломная работа [823,7 K], добавлен 22.09.2011Исследование поведения микрополосковой антенны типа "спираль Архимеда" и аналогичной синфазной антенны. Расчет физических параметров, моделирование и практическое использование СВЧ антенного устройства на частоте стандартного Wi-Fi-устройства 2,4 ГГц.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 15.09.2013Разработка функциональной схемы устройства, осуществляющего обработку входных сигналов в соответствии с заданным математическим выражением зависимости выходного сигнала от двух входных сигналов. Расчет электрических схем вычислительного устройства.
курсовая работа [467,5 K], добавлен 15.08.2012Принципы построения делителя частоты цифровых сигналов, составные части асинхронного и синхронного счетчиков. Разработка и обоснование функциональной схемы устройства. Расчет элементов, выходных параметров схемы, однополярного блока питания для счетчика.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 28.06.2012Проектирование линейной антенной решетки из спиральных излучателей, расчет ее параметров. Расчет линии передачи и вращающегося сочленения. Согласующее устройство, делитель мощности. Коэффициент полезного действия антенны. Электрическая схема конструкции.
курсовая работа [662,3 K], добавлен 21.02.2013