Принципы построения антенных устройств
4.1 Постановка задачи, анализ основных требований.
В соответствии с исходными требованиями в материалах данного отчета рассматриваются варианты построения антенн, позволяющих решать следующие две задачи:
а) для организации сотовой структуры передатчиков, удовлетворяющих следующим требованиям:
Сектор обзора в азимутальной плоскости - 90º, угломерной - 60º;
Диапазон частот дециметровый с шириной рабочей полосы частот 10 МГц;
Поляризация излучаемых сигналов круговая правого направления вращения с коэффициентом эллиптичности не менее 0.7 в секторе ±19º, либо вырожденная в линейную горизонтальную;
Выходная полезная мощность передатчика 300…500Вт
Условия размещения наземные, всеклиматические.
б) для организации постов, включающих в свой состав два передатчика.
Выходная мощность первого составляет 100Вт, остальные требования в соответствии с требованиями к передатчику сотовой структуры. Второй передатчик должен реализовывать величину энергетического потенциала до 106Вт в секторе углов 90ºх30º при суммарной выходной мощности усилителей до 5х103Вт, остальные требования в соответствии с требованиями к передатчику сотовой структуры. Условия размещения наземные, всеклиматические либо авиа-базирование.
Из анализа предъявляемых требований видно, что для решения поставленных задач вследствие их схожести наиболее экономичным и рациональным является принцип модульного построения антенных излучателей и выходных усилителей мощности. При этом излучатели с встроенными в них усилителями могут являться законченными конструктивно модулями, самостоятельно обеспечивающими решение первой задачи и первого пункта второй. Для удовлетворения требованиям высокопотенциального передатчика второй задачи на основе модулей можно строить высокопотенциальные антенные решетки.
4.2 Обоснование выбора вариантов построения излучателя.
При выборе вариантов излучателя кроме исходных требований по ширине рабочего сектора, пропускаемой мощности и вида поляризации, основными предпосылками являлась его технологичность, высокий коэффициент использования площади (КИП), адаптируемость к модульности и к стыковке с выходными усилителями, а также имеющийся опыт разработки.
Исходя из вышеперечисленного, наиболее перспективными вариантами излучателя по нашему мнению являются:
Излучатель на основе двухполяризационного волновода квадратного сечения;
На основе микрополоскового излучателя;
На основе двухполяризационных излучателей с сильной связью;
На основе спиральных антенн.
В КНИРТИ имеется положительный опыт разработки как отдельных из перечисленных излучателей, так и антенных решеток на их основе. Исходя из того, что наиболее сложной проблемой при построении передающих устройств будет решение задачи теплоотвода от выходных усилителей мощности, актуальной задачей является повышение коэффициента полезного действия (КПД) выходных усилителей.
Известно, что величина КПД усилителей определяется в значительной степени величиной его выходной мощности, вследствие потерь на суммировании отдельных каскадов усилителя. Поэтому наиболее рациональным является выбор излучателя с наибольшим количеством точек запитки, что позволит использовать усилители с наименьшей величиной выходной мощности.
К настоящему времени наиболее отработанным излучателем с максимальным числом точек запитки является излучатель на основе двухполяризационного волновода квадратного сечения с возбуждением волн типа H01 и H10, имеющий четыре точки запитки. При введении управляемого фазовращателя в конструкцию такого излучателя можно реализовать управляемую поляризацию излучения электромагнитных волн.
Исходя из заданной выходной мощности по первой задаче 300…500Вт, выходная мощность первого из усилителей составит 100Вт. По предварительным оценкам КПД такого усилителя в линейном непрерывном режиме составит 20…30%, габаритные размеры усилителя- 300х200х50мм.
В настоящее время в КНИРТИ разрабатываются двухполяризационные излучатели и антенные решетки с сильной связью. Одной из особенностей таких решеток является возбуждение эффективно-излучающих токов в раскрыве решетки за счет формирования взаимодополняющих фрагментов токов, возбуждаемых с помощью параллельной схемы.
Принимая размер эффективно излучающего излучателя равным λ/2 х λ/2, где λ- длина волны. Такой излучатель можно разбить на 12 излучающих фрагментов с вертикальной поляризацией излучения и 12 с горизонтальной. Требуемая круговая поляризация излучения при этом обеспечивается установкой фазовой задержки величиной 90є между распределительными устройствами.
Таким образом при возбуждении излучателя, построеннного на элементах с сильной связью, необходимо 24 усилителя. При выходной мощности каждого из усилителей 16Вт, суммарная мощность составит 384Вт. Величина КПД такого усилителя при его работе в непрерывном линейном режиме составит около 40%, габаритные размеры 160х80х30мм.
Окончательный выбор типа излучателя и усилителя может быть определен на последующем этапе после конструкторско-технологической проработки.