Волноводно-щелевая антенная решетка резонансного типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Введение
• Задание на проектирование
• Анализ задания
• Расчет антенной системы
• Расчет сигнала на входе приемника
• Измерение параметров антенны
• Электромагнитная совместимость
• Заключение
• Список литературы

Введение

Щели в качестве излучающих элементов или самостоятельных антенн широко используются в технике СВЧ. Волноводно-щелевые линейные решетки (ВЩР) обеспечивают сужение диаграммы направленности (ДН) в плоскости, проходящей через ось волновода.

Основными достоинствами волноводно-щелевых антенн являются:

1) ввиду отсутствия выступающих частей, излучающая поверхность ВЩР может быть совмещена с внешней поверхностью корпуса летательного аппарата, не внося при этом дополнительного аэродинамического сопротивления (бортовая антенна);

2) в них могут быть реализованы оптимальные ДН, так как законы распределения поля в раскрыве могут быть различными за счёт изменения связи излучателей с волноводом;

3) они имеют сравнительно простое возбуждающее устройство, просты в эксплуатации.

Волноводно-щелевые антенны, используемые в качестве излучателя, имеют несколько щелевых вибраторов, прорезанных в волноводе. Щель обладает резонансными свойствами. Резонансная длина щели приблизительно равна 2l ? л0 / 2. Прорезанная в волноводе щель имеет однонаправленное излучение и может быть прорезана в широкой и узкой стенках волновода. При этом продольная щель в широкой и узкой стенках эквивалентна параллельно включенному в линию сопротивлению, поперечная щель в широкой стенке - включенному последовательно.

Сопротивление щели зависит от места расположения в волноводе. В тех случаях, когда необходимо обеспечить согласование антенны с трактом, меняют место расположения щели или поворачивают её. Например, продольная щель в центре широкой стенки волновода почти не излучает; если же её поворачивать или смещать в сторону боковых стенок, то излучение увеличивается; поперечная щель в узкой стенке волновода также почти не излучает, но при её повороте излучение увеличивается. Ширина щели определяется из условия электрической прочности. Увеличение ширины щели увеличивает её электрическую прочность и уменьшает резонансную длину, которая становится меньше л0/2. Для получения узкой диаграммы направленности применяют многоэлементные волноводно-щелевые антенны.

Если антенны состоят из N продольных щелей, расположенных на расстоянии лв / 2, то для достижения полного согласования сопротивление каждой щели должно быть больше волнового сопротивления волновода в N раз. Аналогично этому сопротивление поперечной щели должно быть меньше волнового сопротивления волновода в N раз. Если щели возбуждены синфазно, то максимум главного лепестка будет ориентирован перпендику-лярно плоскости расположения щелей, причём в плоскости, перпендикулярной продольной оси волновода, ДН будет широкой, а в плоскости, содержащей ось волновода, узкой и тем уже, чем больше длина антенны.

Достигнуть синфазного возбуждения антенны можно двумя способами: выбором расстояния между соседними щелями, равным лв или лв / 2. При этом дополнительный сдвиг фаз на р можно реализовать за счёт неидентичного расположения щелей (при этом поперечная составляющая тока на разные стороны осевой линии имеет разные направления). Синфазные антенны обычно работают в режиме стоячей волны, для обеспечения которого в конце антенны устанавливают короткозамыкающий поршень. Расстояние между поршнем и последней щелью должно быть таким, чтобы щели находились в пучности стоячей волны в волноводе. Синфазные многощелевые антенны являются резонансными (узкополосными).

Лучшими диапазонными свойствами обладают нерезонансные антенны, в которых щели расположены на расстояниях несколько больше или меньше лв. При этом в связи с тем, что в волноводе имеет место бегущая волна, к нему для устранения отражения от короткозамкнутого конца антенны подключают нагрузку (поглотитель).

Задание на проектирование

Входные данные для проекта:

Таблица 1

Данные для расчета антенны:

Таблица 2

В соответствии c требованиями по курсовой работе произведен патентный поиск:

[Волноводно-щелевая АР] Gruppantenn. Патент Швеция 9302863 - 7, 02.05.1995.

Описание изобретения.

Предлагается антенная решётка, состоящая из ряда волноводно-щелевых или волноводно-вибраторных антенн, в которой предусмотрены средства уменьшения отражения падающей волны в направлении, противоположном направлению её падения, в виде электропроводящих элементов, располагаемых между излучающими элементами АР параллельно их электрическому полю. Расстояние между двумя соседними электропроводящими элементами выбирается таким образом, что распространение между ними падающей волны практически исключается при таких углах падения, при которых возможно отражение в направлении, противоположном направлению падения. Высота электропроводящих элементов превышает половину длины падающей волны в свободном пространстве.

Линейная ВЩАР бегущей волны: Патент РФ 2009109921/09, 18.03.2009.

Описание изобретения.

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к волноводно-щелевым антеннам, и может быть использовано как самостоятельно, так и в составе фазированной антенной решетки (ФАР) с механическим сканированием в двух плоскостях или электронным сканированием в Е-плоскости и механическим сканированием в Н-плоскости. Техническим результатом является уменьшение размера волновода в плоскости Е. Устройство состоит из отрезка волновода с продольными щелями, выполненными в его широкой стенке и расположенными по разные стороны от ее осевой линии. Технический результат достигается за счет того, что отрезок прямоугольного волновода выполнен П-образного сечения с размерами образующих наружного контура по широкой стенке a1=(0,45±0,05)0 и по узкой стенке b1=(0.26±0.05)0 и образующих внутреннего контура с размерами широкой стенки а2=(0.27±0.05)0 и узкой стенки b2=(0.15±0.05)0, где 0 - длина волны в свободном пространстве. На широкой стенке с излучающими щелями выполнены металлические ребра, являющиеся продолжением узких стенок наружного контура высотой 0/2 или более, а длины излучающих щелей превышают 0/2. При этом их размеры и смещение относительно оси П-образного волновода выбраны, исходя из требуемого уровня излучаемого сигнала каждой щели, и соответствуют условию минимального изменения уровня излучаемого сигнала каждой щелью в заданном диапазоне частот. 2 ил.

Волноводно-щелевая антенная решётка. Патент РФ 2003125469/09, 18.08.2003.

Описание изобретения.

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот, а именно к волноводно-щелевым антенным решеткам, используемым в радиолокационных системах летательных аппаратов. Техническим результатом является создание технологичной низкопрофильной конструкции волноводно-щелевой антенной решетки (ВЩАР), обеспечивающей простоту и точность ее изготовления и сборки, возможность групповых методов изготовления деталей, высокие прочностные характеристики изделия и высокий процент выхода годных в промышленном производстве. Сущность изобретения заключается в том, что ВЩАР выполнена в виде многоуровневой системы волноводов и содержит излучающую антенную решетку, разделенную на несколько подрешеток, и схему распределения мощности. Излучающими элементами ВЩАР являются продольные щели в широких стенках волноводов. Многоуровневая система волноводов выполнена в виде многослойной конструкции из соединенных друг с другом чередующихся проводящих тонких пластин и проводящих оснований, при этом в основаниях выполнены сквозные отверстия, образующие волноводные каналы, а в пластинах, образующих широкие стенки волноводов, - сквозные отверстия либо излучающих элементов, либо элементов связи, либо отверстия для подвода энергии. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Волноводно-щелевая антенная решётка. Патент РФ 2003125469/09, 18.08.2003.

Формула изобретения.

1.Волноводно-щелевая антенная решетка, выполненная в виде многоуровневой системы волноводов и содержащая волноводную схему распределения мощности и излучающую антенную решетку, разделенную на несколько подрешеток, излучающие элементы которых выполнены в виде продольных щелей в широких стенках параллельно расположенных прямоугольных излучающих волноводов, образующих первый уровень волноводно-щелевой антенной решетки, перпендикулярно которым на втором уровне волноводно-щелевой антенной решетки расположены по одному для каждой подрешетки возбуждающие волноводы, каждый из которых электромагнитно связан с излучающими волноводами через элементы связи в виде наклонных щелей в их общих широких стенках и электромагнитно связан с расположенным на третьем уровне подводящим волноводом подрешетки через элемент связи в общей широкой стенке этих волноводов, при этом все подводящие волноводы подрешеток соединены со схемой распределения мощности, отличающаяся тем, что многоуровневая система волноводов, образующих излучающую антенную решетку и волноводную схему распределения мощности, выполнена в виде многослойной конструкции из соединенных друг с другом чередующихся проводящих тонких пластин и проводящих оснований, при этом в каждом основании выполнены сквозные отверстия, образующие каналы волноводов соответствующего уровня волноводно-щелевой антенной решетки, а в прилегающих тонких пластинах, образующих широкие стенки этих волноводов, выполнены сквозные отверстия, образующие на соответствующих уровнях волноводно-щелевой антенной решетки либо излучающие элементы, либо отверстия элементов связи между волноводами разных уровней, либо отверстия для подвода энергии к волноводно-щелевой антенной решетке.

2. Волноводно-щелевая антенная решетка по п.1, отличающаяся тем, что элемент связи возбуждающего волновода подрешетки с расположенным на третьем уровне подводящим волноводом выполнен либо в виде щели в общей широкой стенке этих волноводов, либо в виде круглого отверстия в их общей широкой стенке и проходящего через него штыря, соединяющего вторые противоположные широкие стенки этих волноводов.

3. Волноводно-щелевая антенная решетка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что проводящие пластины и основания соединены между собой посредством пайки.

4. Волноводно-щелевая антенная решетка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что проводящие пластины и основания выполнены из низкоуглеродистой стали.

5. Волноводно-щелевая антенная решетка по п.4, отличающаяся тем, что на поверхности проводящих пластин и оснований нанесены тонкие слои токопроводящих материалов.

6. Волноводно-щелевая антенная решетка по п.5, отличающаяся тем, что слои токопроводящих материалов выполняют функцию высокотемпературного припоя при пайке антенной решетки.

7. Волноводно-щелевая антенная решетка по п.3 или 6, отличающаяся тем, что в проводящей пластине с излучающими элементами выполнено, по крайней мере, одно сквозное отверстие для контроля степени плавления припоя, расположенное в центральной области этой пластины.

8. Волноводно-щелевая антенная решетка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что в проводящих пластинах и основаниях выполнены сквозные отверстия для штифтов, фиксирующих точное взаимное расположение пластин и оснований при сборке

Условные обозначения, используемые в работе, приведены в таблице 3.

Таблица 3

Анализ задания

Для расчета антенны выбирается волновод с диапазоном частот соответствующий рабочей частоте антенны. Для рабочей частоты 18.1 ГГц подходит волновод типа МЭК-180 (WR-51) со следующими параметрами сведенными в таблицу 4.

Таблица 4

Амплитудное распределение выбирается равномерное, щели - продольные, с переменно-фазной связью с полем волновода. Расстояние между излучателями выбирается из условия . Материал для стенок волновода - серебро, с проводимостью у = 6,25·107 См/м

a - ширина волновода; b - высота волновода; L - длина волновода; d - расстояние между центрами щелей; d1 - ширина щели; x0 - Смещение щели относительно середины широкой стенки волновода;

Рисунок 1. Схема разрабатываемой ВЩАР

Расчет антенной системы

Длина волны в вакууме:

Критическая длина волны (для Н10):

Длина волны в волноводе (2.4, Гошин, Антенны и фидеры):

Так как рабочая частота фиксированная, выбираем продольную щель в широкой стенке волновода.Расстояние между центрами щелей (стр. 112, рис 5.4, Воскресенский, Антенны и устройства СВЧ):

Расстояние между щелями

Резонансная длина щели

Количество щелей (табл. 5.2, Воскресенский, Антенны и устройства СВЧ):

Предельно допустимая мощность электромагнитной энергии, проходящей по волноводу:

ВЩР обеспечивают сужение ДН в плоскости, проходящей через ось волновода.

Основные достоинства ВЩР:

Ввиду отсутствия выступающих частей, излучающая поверхность ВЩР может быть совмещена с внешней поверхностью корпуса летательного аппарата, не внося при этом дополнительного аэродинамического сопротивления (бортовая антенна) ;

1. В них могут быть реализованы оптимальные ДН, т.к. законы распределения поля в раскрыве могут быть различными за счет изменения связи излучателей с волноводом ;

2. Они имеют сравнительно простое возбуждающее устройство, просты в эксплуатации.

Недостатком ВЩР является ограниченность диапазонных свойств. При изменении частоты в несканирующей ВЩР происходит отклонение луча в пространстве от заданного положения, сопровождающееся изменением ширины ДН и ее согласования с питающим фидером.

Данная антенна находит применение в радиолокационной разведке и авиации.

волноводный щелевой антенна

Заключение

Рассчитанная, в данном курсовом проекте , ВЩАР резонансного типа удовлетворяет заданным техническим параметрам и имеет следующие характеристики:

Список литературы

1.Антенны и устройства СВЧ. Задания и методические указания к выполнению курсовой работы. Сост. Ю.П. Саломатов; КрПИ.- Красноярск, 2008.

2. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решёток. Под редакцией профессора Д. И. Воскресенского; Москва “Радио и связь” 1981.

3. Устройства СВЧ и Антенны. Проектирование фазированных антенных решёток. Под редакцией профессора Д. И. Воскресенского. Изд. 3-е, испр. и доп. - М.: Радиотехника, 2008.

4. Антенны и фидеры. Сборник задач с формулами и решениями: Учебное пособие. - Томск: Томск.гос. Ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2003.

Размещено на Allbest.ru