Курсовой проект по разработке оптической системы возбуждения антенной решетки

 

Существует два типа схем оптического питания решеток:

1. проходная схема;
2. отражательная схема.

В данном курсовом проекте  используется проходная схема оптического  питания решетки (см. рисунок 4.1). В  ФАР выполненных по проходной  схеме специальный облучатель направляет  излучаемую мощность на собирающую антенную решетку приемных элементов. Принятая мощности проходит через систему  проходных фазовращателей  и после  фазирования излучается в нужном направлении  другой решеткой излучающих элементов. Между приемными элементами и фазовращателями иногда могут  включаться дополнительные отрезки  фидера (показаны пунктиром см. рисунок 4.1) уравнивающие электрические длины  путей сигналов к различным элементам  излучающей решетки. Эти же отрезки  могут использоваться для создание нелинейного начального фазового распределения (фазовой подставки), применяемого для  борьбы с паразитными боковыми лепестками при дискретном фазировании. По принципу действия проходная ФАР фактически эквивалентна линзе с принудительным ходом лучей и с электрически управляемым фазовым распределением возбуждения в раскрыве.

Рисунок 4.1 - Проходная схема  оптического питания излучателей  ФАР

На рисунке:

_R - расстояние между антеннами (без учета контррефлектора);

_D - диаметр антенной решетки;

φ – сектор сканирования;

1 – контррефлектор;

2 – рупорная антенна.

Антенная решетка имеет диаметр D=1,36 м. Симметричные волноводы расположены в узлах треугольной сетки с шагом d=0,034 м. Сектор сканирования примем 60°. Расстояние от облучателя до антенной решетки без учета контррефлектора рассчитываем как прилежащий катет прямоугольного треугольника

                                                      (4.1)

При внесении в схему контррефлектора  расстояние между рупорным облучателем  и приемной решеткой сокращается  в 2 раза.

Диаметр контррефлектора  выбираем равным                               (4.2)

К преимуществам данной схемы  оптического питания относятся  сравнительная простота при большом  числе элементов решетки, удобная  возможность управления формой амплитудного распределения в раскрыве путем подбора формы диаграммы направленности облучателя, а также возможность применения сложных моноимпульсных облучателей для создания суммарных и разностных диаграмм направленности в РЛС с автоматическим угловым сопровождением целей.

Общим недостатком проходной  схемы оптического питания является возрастание размеров по сравнению  с закрытым трактом. Кроме того в  оптических системах питания часть  мощности облучателя не перехватывается  приемной решеткой, что приводит к  возрастанию фона бокового излучения  и снижению общего КИП антенны.

5 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ  В НАГРУЗКЕ ЭЛЕМЕНТА ПРИЕМНОЙ                              РЕШЕТКИ

 

Выделяют четыре условия  для достижения максимума принимаемой  мощности в нагрузке [3, с. 173]

1. точное совмещение направления максимума диаграммы направленности с направлением прихода плоской волны, т.е. _;
2. сведение к минимуму омических потерь мощности в антенне и в согласующем устройстве, т.е. достижение в пределе _;
3. точное согласование поляризации антенны с поляризацией падающей волны, т.е. _;
4. согласование антенны с фидером и применение согласованной нагрузки, т.е. .

Мощность полезного сигнала  на выходе приемной антенны  может быть записана соотношением (5.1)

                    (5.1)

где

 – коэффициент полезного действия;

 – мощность падающей волны передатчика;

R – расстояние между антеннами;

Di – КНД;

Fi – значение амплитудной диаграммы направленности по мощности в направлении на другую антенну;

Гi – коэффициент отражения;

 – поляризационный коэффициент передачи по мощности.

Установлено что приемная антенна осуществляет полный прием (без поляризационных потерь при  ) падающей электромагнитной волны с поляризацией, совпадающей с собственной поляризацией антенны в режиме передачи [3, c. 169]. Принимаем поляризационный коэффициент .

Коэффициент полезного действия (КПД) рупорных антенн определяется в  основном глубиной проникновения токов  СВЧ в материал, из которого изготовлен рупор. Как известно, эта глубина  при постоянной проводимости уменьшается  с ростом частоты. Это приводит к увеличению поверхностного сопротивления и затухания волны и, таким образом, к уменьшению КПД. Для волн сантиметрового диапазона, в котором чаще всего используют рупорные антенны, этим эффектом можно пренебречь и положить, что КПД рупорных антенн равен единице [2]. Величину КПД полуволнового симметричного полоскового вибратора принимаем равной единице. Мощность передающей антенны принимаем 1 (Вт).

С учетом вышесказанного мощность полезного сигнала выразим из соотношения (5.1)

                                                  (5.2)

Выражение для парциальной диаграммы направленности вибратора имеет вид (5.3):

                               (5.3)

      и ,                    (5.4)

где

- волновое сопротивление  среды;

- амплитуда электрического  тока в вибраторе;

 – длина вибратора;

- расстояние от вибратора  до точки наблюдения;

- длина волны;

 – угол сканирования.

Выражение для диаграммы направленности рупорной антенны по полю рассчитывается по формуле (5.5)

  (5.5)

Значение суммарной  мощности в нагрузке приемной решетки

                                                                 _(5.6)

_где

р – количество колец вокруг центрального вибратора;

Р(р) – мощность р-ого кольца вибраторов.

 

 

6 РАСЧЕТ  АМПЛИТУДНОГО  РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ЭНЕРГЕТИ-

ЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

 

Для расчета амплитудного распределения мощности воспользуемся  программой MathCad.

График амплитудного распределения  мощности показан на рисунке 6.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6.1 – Амплитудное  распределение мощности

 

Соотношение мощностей в  процентах:

                           (6.1)

где

- мощность, которой облучается край антенной решетки;

-  мощность, которой облучается  центр антенной решетки. 

Исходя из проведенных  расчетов  можно сделать вывод, что края антенной решетки облучаются оптимально.

КПД оптической системы возбуждения  определим по формуле 6.2:

                                (6.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Курсовой проект по разработке оптической системы возбуждения антенной решетки включает в себя следующие разделы:

1. аналитический обзор литературы;
2. выбор облучателя и расчет его характеристик;
3. выбор элемента приемной решетки и расчет его парциальной диаграммы направленности;
4. выбор геометрии системы возбуждения;
5. расчет мощности в нагрузке элемента приемной решетки;
6. расчет амплитудного распределения и энергетических характеристик системы возбуждения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Антенны и устройства СВЧ / Под ред. Д.И. Воскресенского. – М.:

Сов. радио, 1972.

2. Проектирование  антенных  устройств  систем  связи / И.П. Заикин,

А.В. Тоцкий,  С.К.  Абрамов. – Учеб.  пособие. – Харьков:  Нац.  аэро-

косм. ун-т «Харьк. авиац. ин-т», 2007. – 78 с.Конторович М. И. Электродинамика сетчатых структур. – М., «Радио и связь», 1987. – 135 с. с ил.

3. Марков Г. Т., Сазонов Д. М. Антенны. – М., «Энергия», 1975. – 528 с. с ил.