Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
MRTUS / DP_R1.DOC
Скачиваний:
151
Добавлен:
16.04.2013
Размер:
1.48 Mб
Скачать

1.6 Расчёт излучателя

В азимутальной плоскости диаграмма направленности спиральной антенны изотропна, а в угломестной рассчитывается по формуле для линейной системы с осевым излучением:

F(q) = f1(q)*f(q);

Здесь f1(q) — ДН одного витка, f(q) — множитель направленности системы:

f1(q) = Cosq;

Sin[0.5*n*k*(p*L – S*Cosq)]

f(q) = ––––––––––––––––––––––––;

n*Sin[0.5*k*(p*L – S*Cosq)]

n — число витков; a — угол намотки;

l — длина волны; L — длина витка;

pi — коэффициент замедления вдоль витка;

k = 2p / l — волновое число;

p = pi / Sina — коэффициент замедления вдоль оси спирали;

S = L* Sina — шаг спирали.

КНД спиральной антенны можно определить по известной формуле Крауса:

Do = 15*(l / l)*[L / l]2;

Однако считают, что эта формула даёт завышенные значения. К более реальным результатам приводит замена числового коэффициента 15 на 10 (по данным С. И. Олесова). Тогда:

Do = 10*(l / l)*[L / l]2;

l = n*S — длина всей спирали.

Расчёт излучателя проводился в электронных таблицах Microsoft Excel 5.0 при следующих исходных данных:

l = c / fo = 4 см;

L / l = 1; (отсюда L=4 см, pi=1.3);

n от 3 до 12 с шагом 1;

a от 12° до 17° с шагом 1°.

Порядок расчёта:

k = 2p / l;

p = pi / Sina;

S = L*Sina;

l = n*S;

Do = 10*(l / l)*[L / l]2;

¾Ø

dэкв = (l / p)*Ö Do ;

F2(q) = [f1(q)*f(q)]2;

Здесь dэкв — диаметр эквивалентной площадки, т.е. синфазной равноамплитудной площадки, КНД которой равен КНД реального излучателя. Эту величину необходимо учитывать при определении межэлементного расстояния в решётке, чтобы исключить возможность паразитного взаимодействия излучателей. Для малых секторов сканирования (qск<40°) полагают, что излучатели не взаимодействуют, если их эквивалентные площадки не перекрываются. Величину dэкв находят, приравнивая эффективную площадь излучателя с данным КНД к геометрической площади эквивалентной площадки (известно, что для синфазной равноамплитудной площадки геометрическая площадь равна эффективной, т.е. её КИП=1). При этом КПД излучателя считается равным единице (G=Do). Приведённая выше формула получена для эквивалентной площадки круглой формы из следующего условия:

Do*l2 p*d2экв

Sэф = ––––– = –––––– ;

4p 4

l2*Do

d2экв = –––––– ;

p2

При моделировании диаграммы направленности излучателя ставились две задачи:

1.Оптимизировать излучатель по ширине ДН. При этом оптимальным считается излучатель, у которого ширина главного лепестка ДН по уровню половинной мощности равна величине сектора сканирования. Сужение ДН излучателя позволяет ослабить требования к межэлементному расстоянию в решётке, поскольку уменьшается допустимый дифракционный угол:

l

dmax = –––––––––––––– ;

Sinqдmin + Sinqск

dmax — максимальное межэлементное расстояние;

qдmin — минимальное значение дифракционного угла;

qск — размер сектора сканирования (в одну сторону).

2.Оптимизировать УБЛ излучателя. При малых значениях УБЛ облегчается подавление дифракционных лепестков множителя направленности АР в случае их попадания в боковой лепесток ДН излучателя.

Поскольку в техническом задании указан размер сектора сканирования ±15°, то оптимальная ширина ДН излучателя равна 30°.

В таблице 1.1 содержатся результаты расчётов спиральных излучателей с различными комбинациями параметров (n;a).

Таблица 1.1

Количество витков n = 3

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

2.49494

2.699413

2.903063

3.105829

3.307648

3.50846

Do

6.237351

6.748532

7.257657

7.764571

8.269121

8.771151

dэкв, см

3.179876

3.307614

3.430112

3.54788

3.661338

3.770843

Количество витков n = 4

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.373635

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

0.967688

1.102549

1.169487

l, см

3.326587

3.599217

3.87075

3.87075

4.410198

4.677947

Do

8.316468

8.998042

9.676876

9.676876

11.02549

11.69487

dэкв, см

3.671805

3.819303

3.960752

3.960752

4.227749

4.354194

Количество витков n = 5

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

4.158234

4.499021

4.838438

5.176381

5.512747

5.847434

Do

10.39558

11.24755

12.09609

12.94095

13.78187

14.61859

dэкв, см

4.105202

4.270111

4.428256

4.580293

4.726767

4.868137

Таблица 1.1 (продолжение)

Количество витков n = 6

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

4.989881

5.398825

5.806125

6.211657

6.615297

7.016921

Do

12.4747

13.49706

14.51531

15.52914

16.53824

17.5423

dэкв, см

4.497024

4.677672

4.850911

5.017459

5.177913

5.332777

Количество витков n = 7

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

5.821527

6.29863

6.773813

7.246933

7.717846

8.186408

Do

14.55382

15.74657

16.93453

18.11733

19.29461

20.46602

dэкв, см

4.857341

5.052463

5.239583

5.419475

5.592786

5.760057

Количество витков n = 8

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

6.653174

7.198434

7.741501

8.282209

8.820395

9.355895

Do

16.63294

17.99608

19.35375

20.70552

22.05099

23.38974

dэкв, см

5.192716

5.40131

5.60135

5.793663

5.978939

6.15776

Таблица 1.1 (продолжение)

Количество витков n = 9

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

7.484821

8.098238

8.709188

9.317486

9.922945

10.52538

Do

18.71205

20.24559

21.77297

23.29371

24.80736

26.31345

dэкв, см

5.507707

5.728955

5.941129

6.145108

6.341623

6.531291

Количество витков n = 10

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

8.316468

8.998042

9.676876

10.35276

11.02549

11.69487

Do

20.79117

22.49511

24.19219

25.8819

27.56374

29.23717

dэкв, см

5.805633

6.038849

6.2625

6.477512

6.684657

6.884585

Количество витков n = 11

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

9.148114

9.897846

10.64456

11.38804

12.12804

12.86436

Do

22.87029

24.74462

26.61141

28.47009

30.32011

32.16089

dэкв, см

6.088999

6.333598

6.568165

6.793672

7.010928

7.220614

Таблица 1.1 (окончание)

Количество витков n = 12

a, град.

12

13

14

15

16

17

p

6.252655

5.779035

5.373635

5.022814

4.716342

4.446395

S, см

0.831647

0.899804

0.967688

1.035276

1.102549

1.169487

l, см

9.979761

10.79765

11.61225

12.42331

13.23059

14.03384

Do

24.9494

26.99413

29.03063

31.05829

33.07648

35.0846

dэкв, см

6.359752

6.615227

6.860225

7.095759

7.322675

7.541685

Результаты моделирования (расчётные графики нормированных ДН по мощности) приведены в Приложении 1.1. Полученные из графиков значения ширины главного лепестка (в градусах) содержатся в таблице 1.2. Ширина ДН определялась по уровню половинной мощности.

Таблица 1.2 Ширина ДН, град.

a, град.

12

13

14

15

16

17

n = 3

80

60

66

136

100

58

n = 4

72

116

54

провал

40

44

n = 5

66

40

42

бл

98

32

n = 6

60

86

30

бл

44

бл

n = 7

54

бл

бл

бл

провал

провал

n = 8

50

64

провал

бл

48

70

n = 9

46

бл

76

бл

бл

52

n = 10

42

48

62

бл

56

38

n = 11

38

провал

46

бл

бл

28

n = 12

35

35

35

бл

60

бл

Обозначения в таблице 1.2:

провал — данная ДН имеет в направлении оси излучателя провал, который опускается ниже уровня половинной мощности;

бл — данная ДН имеет боковые лепестки, уровень которых превышает уровень главного лепестка.

Очевидно, излучатели с ДН типа провал и бл не могут быть использованы в качестве элементов решётки.

В таблице 1.3 содержатся полученные из графиков значения УБЛ (в относительных единицах).

Таблица 1.3 УБЛ, отн. ед.

a, град.

12

13

14

15

16

17

n = 3

0

0.04

0

0

0

0

n = 4

0

0

0.01

0

0.40

0.04

n = 5

0

0.57

0.06

1

0.06

0.26

n = 6

0

0.10

0.32

1

0.33

1

n = 7

0.01

1

1

1

0.17

0.08

n = 8

0.02

0.27

0.07

1

0.34

0.12

n = 9

0.02

1

0.10

1

1

0.11

n = 10

0.03

0.43

0.13

1

0.40

0.22

n = 11

0.04

0.37

0.16

1

1

0.45

n = 12

0.06

0.68

0.23

1

0.47

1

Пояснения к таблице 1.3:

0 — данная ДН не имеет боковых лепестков;

1 — данная ДН имеет максимум не в главном, а в боковом лепестке (ДН типа бл в таблице 1.2).

По данным таблиц 1.2 и 1.3 осуществлялся выбор излучателя для АФАР.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке MRTUS