1 Выбор типа антенны, расчет ее размеров и необходимого диапазона частот.

В антенных СВЧ с частотным сканированием излучатели, как правило, расположены непосредственно на возбуждающей системе. В качестве системы возьмем волноводно – щелевую антенну, которая представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 – волноводно – щелевая антенна.

1.1 Расчет питающего волновода

Щелевые волноводные антенны могут выполняться на основе

прямоугольного, круглого, змейкового, спирального и других типов волноводов. Щелевые волноводные антенны удобно выполнять на основе прямоугольного волновода с волной Н₁₀.

Т.к. основным типом у нас будет H₁₀, то

(1.1)

(1.2)

где

Выбираем стандартные значения для размеров волновода : а=23., b=10мм.

На основе этих данных рассчитаем параметры:

(1.3)

(1.4)

1.2 Расчет антенной решетки

Основные характеристики определяются следующими соотношениями:

Замедление фазовой скорости

(1.5)

Замедление групповой скорости

(1.6)

Предельная пропускающая мощность

(1.7)

Коэффициент затухания

(1.8)

Согласно формуле (1.5) диапазон изменения фазовой скорости может меняться от 0 до 1. Однако диапазон изменения , который можно реализовать, значительно уже. Это объясняется тем, что при() резко возрастают потери и падает мощность. Нижний пределможно найти, если допустить увеличение потерь примерно в два раза по сравнению с обычным волноводом. При этоми. Верхний пределсвязан с требованием подавления волны типа, возникающей при условии. При таких условиях. Таким образом, замедление фазовой скоростиограничено значениями.

Направление излучения линейной решетки излучателей определяется по формуле

(1.9)

для излучателей, синфазно связанных с полем волновода, и

(1.10)

для излучателей, переменнофазно связанных с полем волновода.

Качание луча при изменении частоты будет происходить за счет измененияи.

Важное значение при проектировании антенн имеет выбор расстояния между соседними излучателями , которое должно быть таким, чтобы при качании луча в заданном секторе исключалась возможность появления побочных главных максимумов.

Условие существования одного главного максимума в диаграмме направленности при сканировании требует, чтобы расстояние было бы меньше. С другой стороны, чтобы направление главного максимума было близко к нормали к оси решетки, возбуждение излучателей должно быть близко к синфазному. Последнее достигается в волноводно-щелевых антеннах при. С целью уменьшения расстояния между излучателями в волноводно-щелевых антеннах применяют переменно-фазное возбуждение соседних излучателей. В этом случае расстояниепримерно равно половине длины волны в волноводе. Однако при расположении всех излучателей на расстояниидруг от друга волны, отраженные от всех излучателей, складываются в фазе на входе антенны, что резко нарушает ее согласование. При отклонении луча от нормалиотлично оти отраженные от излучателей волны в большей мере взаимно компенсируются и к.с.в.1.

Волноводно-щелевая антенна с переменнофазным возбуждением излучателей может быть выполнена в виде волновода с продольными щелями на широкой стенке волновода при размещениях их по разные стороны от средней линии.

С учетом этих соображений, выбираем в качестве излучателей антенной решетки щели, переменнофазно связанные с полем волновода, и номер луча .

Итак, используя формулу 5, определим замедление фазовой скорости

Расстояние между излучателями примем

Используя графики [2] определим максимальное и минимальное значение замедления фазовой скорости:

После чего можем определить диапазон рабочих частот, следующим образом:

Далее определяем возможный сектор сканирования:

Как видим, получившийся сектор сканирования полностью удовлетворяет требованию технического задания.

Используя формулы (1.7-.1.8), беря в качестве материала для изготовления волновода медь (), определяем

,

Так как в техническом задании ничего не сказано про закон распределения излучаемой мощности вдоль решетки, то выбираем экспоненциальный закон.

Далее рассчитываем следующие характеристики [1]:

Длина антенной решетки (1.11)

Где (1.12)

Коэффициент полезного действия (1.13)

Число излучателей в решетки (1.14)

Анализируя выражение 1.12, можем сделать вывод, что при уменьшении частоты (увеличении длины волны) ширина диаграммы направленности будет увеличиваться. А так как по заданию ширина диаграммы направленности должна быть не больше , соответственно длину антенной решетки будим находить на минимальной частоте (максимальной длине волны).

Из формулы (1.12) можем определить ширину диаграммы направленности на всем диапазоне:

Определяем коэффициент полезного действия:

Число излучателей:

Выбираем размеры щелевых излучателей

Длина щели: (1.15)

Ширина щели: , (1.16)

Где - амплитуда напряжения в пучности.

- проводимость излучения щели

- сопротивление излучения эквивалентного симметричного вибратора.

В результате получаем:

Зная отношение по графику [2] определяем значение, где