Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
Курсовик Выбор типа линий передач, расчет конструктивных и электрических параметров. Расчет геометрических размеров решетки и числа излучателей, параметров одиночного излучателя и схемы питания. Выбор структуры и расчет геометрических размеров фазовращателя.
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 07.07.2009.
Год: 2009.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Министерство образования Российской Федерации
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СРЕДСТВ
РАДИОСВЯЗИ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ
Оценка работы
Члены комиссии ПЛОСКАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКАС ДИСКРЕТНЫМ ФАЗИРОВАНИЕМ КУРСОВАЯ РАБОТА ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Руководитель
Наймушин М.П.
Студент
Подкорытов А.П.
Группа Р-406 Екатеринбург 2006
содержание
Введение
задание на курсовую работу
1 Расчет основных конструктивных элементов антенны и линий передач
1.1 Выбор типа линий передач, расчет конструктивных и электрических параметров
1.2 Расчет геометрических размеров решетки и числа излучателей
1.3 Расчет параметров одиночного излучателя
1.4 Выбор структуры и расчет геометрических размеров фазовращателя
1.5 Расчет схемы питания
2 Электрические характеристики антенны
2.1 ДН одиночного элемента
2.2 ДН ФАР
Заключение
Список литературы
Приложение 1. ДН одиночного излучателя
Приложение 2. ДН ФАР при нормальном положении луча
Приложение 3. ДН ФАР при максимальном отклонении луча
Приложение 4. Конструкция модуля фазовращателей Введение
Фазированные антенные решетки - наиболее эффективные и перспективные антенные системы, позволяющие осуществлять быстрый обзор пространства в заданной области сканирования, многофункциональный режим работы, комплексирование радиосредств, адаптацию к конкретной радиообстановке, предварительную обработку СВЧ-сигналов, обеспечение электромагнитной совместимости и т.д. Такие антенны, 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. Антенны типа ФАР позволяют получить узкую диаграмму направленности, произвести быстрое сканирование пространства, при этом не требуется ее механического поворота.
В диапазоне СВЧ АР обеспечивают остронаправленное излучение с шириной луча в единицы и доли градусов и коэффициент усиления, достигающий десятки и сотни тысяч. Эти направленные свойства позволили использовать антенну не только для излучения и приема радиоволн, но и для пеленгации (в радиолокации, навигации, радиоастрономии), борьбы с помехами, обеспечения скрытности работы и для других целей.
Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие АР. Сканирование позволяет осуществлять обзор окружающего пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. При механическом сканировании, которое выполняется вращением всей антенны, максимальная скорость движения луча в пространстве ограничена и при существующих в настоящее время скоростях летательных аппаратов оказывается недостаточной. Поэтому возникла необходимость в разработке новых типов антенн, удовлетворяющих более высоким требованиям. Однако, следует упомянуть о том, что переход от механического сканирования к электрическому приводит к усложнению конструкции антенны, связанному с применением ФАР. Например, одна зеркальная антенна замещается решеткой излучателей с фазовращателями и устройством управления. Наличие большого числа фазовращателей, увеличение протяженности тракта, использование делителей мощности и других элементов увеличивают тепловые потери в антенне и фазовые ошибки в ее раскрыве, что приводит к уменьшению коэффициента усиления антенны и росту стоимости. Поэтому переход к АР с электрическим сканированием целесообразен только в тех строго аргументированных случаях, когда механический способ сканирования не обеспечивает требуемых характеристик управления или необходимо одновременно сопровождать несколько целей в пространстве, или требуется адаптация к помеховой обстановке при наличии нескольких прицельных помех, а так же в ряде других случаев, требующих замены апертурной антенны решеткой излучателей.
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, полуволновый вибратор и др).
В данной курсовой работе производится расчет плоской эквидистантной ФАР с излучателями типа симметричный полуволновый вибратор, которая возбуждается коаксиальной 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 решетки.
Отклонение главного максимума ДН ФАР для сканирования пространства производится путем введения дополнительного сдвига фаз между антенными элементами при помощи фазовращателей.
задание на курсовую работу
Исходные данные:
Рабочая частота f, ГГц 8
Ширина диаграммы направленности в главных плоскостях по уровню -3дБ, град.:
xz 12
yz 6
Уровень боковых лепестков, дБ 20
Максимальный угол отклонения m, град. 25
Мощность передатчика в импульсе Р, кВт
Тип излучателя полосковый резонатор
Область сканирования конус
Выбрать и рассчитать:
· Параметр одиночного излучателя;
· Количество элементов и шаг решетки;
· Распределение возбуждения по элементам решетки;
· Схема питания и фазирования решетки;
· Линия передачи;
· Схема фазовращателя, тип диодов, основные конструктивные размеры фазовращателя;
· Диаграммы направленности в главных плоскостях для нормального и отклоненного луча;
· Алгоритм управления фазовращателями при заданной ориентации луча.
Вычертить:
· Топология или конструкция используемых фазовращателей с установленными диодами.
1 Расчет основных конструктивных элементов антенны и линий передач
1.1 Выбор типа линий передач, расчет конструктивных и электрических параметров
В качестве линии передачи (далее ЛП), отводящей энергию от источника СВЧ-энергии и непосредственно питающей излучатель, выберем гибкую коаксиальную линию (кабель) т.к. она удовлетворяет требованиям по рабочей частоте и пропускаемой мощности, имеет малые габариты и высокую технологичность изготовления, обеспечивает более простой переход от линии передачи к антенному элементу. Однако участок ЛП, содержащий схему питания типа "елочка", состоящую из тройниковых делителей мощности, и модули фазовращателей, выполним на полосковой несимметричной ЛП. Это сделано для увеличения технологичности исполнения вышеупомянутых устройств.
Рисунок 1 - Конструкция перехода
Соединения ЛП будут производиться при помощи перпендикулярного коаксиально-полоскового перехода. Конструкция перехода изображена на рисунке 1.
Согласование такого перехода осуществляется подбором диаметра соединительного штыря 1, проходящего через диэлектрическое основание 2, а также подбором размеров коаксиальной диафрагмы на выходе коаксиального волновода и короткого разомкнутого шлейфа из отрезка полоскового проводника.
Выбранные (ЛП) имеют следующие конструктивные параметры:
Коаксиальный кабель: Используется стандартный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, в качестве заполняющего диэлектрика - полиэтилен, имеющий =2,3, tg=4*10-4.
Волновое сопротивление коаксиального кабеля:
Предельная пропускаемая мощность у коаксиального волновода с такими параметрами, с учетом того, что пробивная напряженность в полиэтилене составляет порядка 40 кВ/мм и что пропускаемая мощность пропорциональна квадрату пробивной напряженности, будет равна:
Как видим, ЛП с такими параметрами обеспечивает огромный запас по пропускаемой мощности. Длина волны в такой ЛП будет равна:
Полосковая несимметричная ЛП
b d
В качестве диэлектрика возьмем вещество ЦМ-4, имеющее =6,5, tg=6*104. Размеры выберем исходя из условия пропускания заданной мощности. Для учета неоднородностей необходим запас по мощности, который можно обеспечить путем выбора конструктивных размеров и подбором диэлектрика подложки. Для полосковых ЛП с воздушным заполнением, максимальная передаваемая мощность определяется по графикам в [4]:
(Pmax/d2)10-8, Вт/м2 Выберем /d=0.1, b/d=2, b=4мм, тогда d=2мм и =0,2мм. Максимальная мощность может быть определена по формуле:
где PГР - значение, определенное по приведенному графику: Рmax = 17 кВт.
С учетом того, что пробивное напряжение в воздухе составляет порядка 30 кВ/см, а в ЦМ-4 250 кВ/см, и что пропускаемая мощность пропорциональна квадрату пробивной напряженности, то максимальная пропускаемая мощность данной ЛП будет больше примерно в 7 раз больше, т.е. около 120 кВт.
Волновое сопротивление и длина волны в такой ЛП определится по формуле[4]: ,
,
.
1.2 Расчет геометрических размеров решетки и числа излучателей
Введем систему координат:
Выбор размера антенны производится исходя из уровня боковых лепестков. Согласно табл. 3.1 в [3] по уровню боковых лепестков определим размер антенны по оси Х и оси Y:
Число излучателей и расстояние между ними будем выбирать исходя из следующих условий (для излучателей вдоль оси Х):
- число излучателей n равно 2p,
где p-целое число, p=1,2,3…,т.к. в схеме питания используются двоичные делители мощности
- ,
где 20 -ширина по нулям ДН одиночного элемента, 0=900
Последнее условие обеспечивает не вхождение побочного главного максимума решетки в главный лепесток одиночного излучателя при максимально отклоненном луче.
Минимальным n, удовлетворяющим заданным условиям будет n=8. Тогда по следующей формуле можно определить расстояние между излучателями:
Проверка условия:
Расчет для оси Y абсолютно аналогичен. Получим: m=8,
Таким образом, проектируемая плоская эквидистантная ФАР имеет квадратную форму и состоит из 8х8=64 элементов.
1.3 Расчет параметров одиночного излучателя
В качестве излучателя в данной работе используется прямоугольный полосковый резонатор. Материалом подложки служит ФЛАН-10, имеющий и .
Резонансная длина антенны . Размер а определяет излучение торца резонатора и входное сопротивление, изменяя его можно добиться требуемого распределения по мощности. Определение размера а можно найти в разделе расчета схемы питания. Для упрощения конструкции резонатора смещение от края примем равным 0.
Рис. 3 Полосковый излучатель
1.4 Выбор структуры и расчет геометрических размеров фазовращателя
Обычно фазовращатель выбирают исходя из нескольких условий:
· возможность реализации сдвига фазы с требуемым дискретом и простого управления фазовращателями;
· простота реализации и малая стоимость фазовращателя;
· простота коммутации с линией питания и излучающими элементами. Исходя из данных требований, выберем проходные фазовращатели на полосковой линии. Проходные фазовращатели - это согласованные четырехполюсники, в идеале реактивные, обладающие переменной фазой коэффициента передачи. Проходные фазовращатели бывают плавными (с непрерывным изменением фазы) и ступенчатыми, в которых фаза принимает ряд фиксированных значений, различающихся на величину - дискрет фазы. Дискретные фазовращатели обычно состоят из нескольких каскадов, каждый из которых может создавать при подаче управляющего сигнала изменение фазы волны на величину =2/М, где М=2р, р=1, 2, 3… Фазовращатели состоят из отрезков линий передачи и электронных ключей на p--i-n диодах. Чаще всего такие фазовращатели строятся на основе полосковых и волноводных линий передачи. В качестве параллельных ключей в полосковых линиях передачи используют корпусные p--i-n диоды типа 2А507, 2А509, 2А511, а в качестве последовательных ключей - бескорпусные диоды 2А517, 2А522. В волноводных резонансных диафрагмах применяют двойные диоды 2А505, 2А508, 2А513. Т.к. применение дискретных фазовращателей приводит к ухудшению направленных свойств антенны, то необходимый дискрет фазирования определяется с учетом трех основных факторов:
роста боковых лепестков:
дискретности перемещения луча при сканировании:
снижения коэффициента направленного действия
Необходимо так выбрать дискрет фазирования Ф, чтобы:
Таким образом, дискрет фазирования, удовлетворяющий ранее указанным условиям равен 22,5 градуса и при нем: max= -23,5дБ, min=6,4410-3 град.
Снижение КНД при этом:
Так как для управления фазированием антенны используются фазовращатели, имеющие два состояния: "0" и "1" (“включено” и “выключено”), то для перекрытия диапазона изменения фазы [0;2] c дискретом 22,5 градуса необходимо 4 фазовращателя для каждого излучателя соединенных последовательно, которые могут осуществлять следующие сдвиги фаз: (0; ),
(0; /2), (0; /4), (0; /8).
В качестве фазовращателей осуществляющих сдвиги (0; ), (0; /2) лучше всего использовать фазовращатели на коммутируемых линиях. Потери в линии мало зависят от дискрета фазы и примерно одинаковы в каждом фазовом состоянии. Недостатком является большое число p-i-n-диодов - 4, по сравнению с двумя в других типах ФВ. Для сдвига (0; /4) (0; /8) используем ФВ типа «нагруженная линия». Возможный вариант конструкции блока фазовращателей приведен в приложении 4.
Устройство управления сканированием ФАР должно выполнять следующие функции:
· прием необходимого углового положения ДН ФАР от другого устройства, например ЭВМ;
· расчет фазы для каждого из и т.д.................
