
Курсачи по АФУ(Чистюхин, МП46-47) / ago_afu
.rtf
КАФЕДРА: МРТУС
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По курсу: Антенно-фидерные устройства.
Тема проекта: “ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПЕРЕДАЮЩЕЙ АФАР ”.
Выполнил студент
факультета МПиТК
группа-46: Гореликов А.Н.
Руководитель: Чистюхин В.В.
Москва
2002
Содержание:
1
КАФЕДРА: МРТУС 1
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 1
1. Задание. 3
2. Расчеты параметров. 4
2.1Определение межэлементного расстояния. 4
2.2 Определение ∆. 5
2.3 Нахождение числа элементов АФАР. 5
2.4Энергетический потенциал передающей АФАР. 6
2.5 Блок – схема АФАР. 7
2.6 Точность выставления луча. 9
3. Выбор и расчет облучателя. 9
1. задание 3
2. Расчеты параметров
2.1 Определение межэлементного расстояния 4
2.2 Определение ∆. 5
2.3 Нахождение числа элементов АФАР 5
2.4 Энергетический потенциал передающей АФАР 7
2.5 Блок – схема АФАР. Мощность возбудителя передающей АФАР 8
2.6 Точность выставления луча 9
3.Выбор и расчет облучателя 10
1. Задание.
Спроектировать передающую АФАР с параметрами:
-
Выходная мощность ро = 1 Вт
-
Ширина ДН по уровню 0,5 по Х ∆0,5 = 10о
-
Ширина ДН по уровню 0,5 по Y ∆0,5 = 3о
-
Угол сканирования по Х ск = + 40о
-
Угол сканирования по Y ск = + 15о
-
Количество разрядов фв р = 3
-
Длина волны = 5 см
-
Коэффициент усиления УМ Кр = 20 дБ
-
Уровень боковых лепестков t < -17 дБ
Определить:
d, N, Ппрд, , ∆, Рвозб - ?
Выбрать схему разводки, тип облучателя и рассчитать его основные параметры.
2. Расчеты параметров.
-
Определение межэлементного расстояния.
Для нахождения межэлементного расстояния сканирующей антенной решетки будем использовать “мягкую” формулу, которая позволяет появляться дифракционным максимумам в видимой области. Причем уровень дифракционных максимумов не может быть больше, чем 1х допустимый уровень боковых лепестков.
d < ,
sin д + sin о
где д – угловое положение дифракционного максимума,
о – направление сканирования.
Пределы сканирования: + о, иначе дифракционный максимум выйдет за пределы ДН одного элемента и его уровень резко возрастет.
Задан уровень боковых лепестков: t < -17дБ
f () = cos () – ДН элемента
По координате Х:
cos 2 (40o) = 0,5 (на краю сектора сканирования)
= ½ log 0,5 / log (cos 40o) = 1,296 ~ 1,3;
cos 2,6 (д) = -17 дБ = 0,02 (1/ 50раз);
cos (д) = 2,6 0,02 = 0,224;
д = arccos 0,224 = 77o;
d < = 0,618 ~ 0,62 ;
sin77о + sin40о
d ~ 0,6 = 0,62*5 см = 3,1 см.
По координате Y:
cos 2 (15o) = 0,5 (на краю сектора сканирования)
= ½ log 0,5 / log (cos 15o) = 9,996 ~ 10;
cos 20 (д) = -17 дБ = 0,02 (1/ 50раз);
cos (д) = 20 0,02 = 0,822;
д = arccos 0,822 = 34,71 o;
d < = 1,207 ~ 1,2 ;
sin34,71о + sin15о
d ~ 0,6 = 1,2*5 см = 6 см.
2.2 Определение ∆.
∆ - параметр, определяющий относительное уменьшение возбуждения на краю антенны. Найдем ∆, используя формулу уровня боковых лепестков:
t ~ -(13 + 13∆ + 22∆2)
тогда:
-13 - 13∆ - 22∆2 = -17
22∆2 + 13∆ - 4 = 0
D = b2 - 4ac = 169+4*22*4 = 521
∆ = 0,2233 дБ.
2.3 Нахождение числа элементов АФАР.
Для нахождения числа элементов будем использовать формулу, определяющую ширину главного лепестка по уровню 0,5:
∆0,5 = (1 + 0,636∆2 ) 51о
N1 d
или
∆0,5 = 51о = 51о .
N1 0,6 0,6 N1
В сечении Х:
∆0,5 по Х = 10о
тогда можем выразить N1 - число элементов в сечении Х:
N1 = 51о = 8,5
10о 0,6
Возьмем N1 9 – число элементов в сечении X.
В сечении Y:
∆0,5 по Х = 3о
N2 = 51о = 28.3
3о 0,6
Возьмем N2 29 – число элементов в сечении Y.
Общее число излучателей N будет определяться как:
N = N1* N2 = 261 (9x29).
-
Энергетический потенциал передающей АФАР.
Энергетический потенциал передающей АФАР определяется как:
Ппрд = N2 pog ,
N- число излучателей,
po – излучаемая мощность одного излучателя в заданном секторе сканирования,
g – минимальное усиление одного излучателя в заданном секторе сканирования.
Прежде чем определить энергетический потенциал, найдем минимальное значение усиления излучателя g:
g = 4 So A
2
So = d1*d2 = 6*3.1 = 18.6 - геометрическая площадь под излучателями,
А=1/2 – коэффициент уменьшения энергетического потенциала на краю сектора сканирования,
- коэффициент использования площади ( = 0,7).
g = 4 * 18,6 * 0,5* 0,7
2
g = 3,27.
Тогда энергетический потенциал будет определяться как:
Ппрд = N2 po g = 2612 *1 Вт * 3,27
Ппрд = 2,23 10 5 Вт.
2.5 Блок – схема АФАР.
Σ512
>
ПРД










N = 261 элемент.
Минимальное наибольшее двоичное дерево – девятиуровневое, с числом выходов = 512.
261=512-128-64-32-16-8-2-1, соответственно в дереве двоичных делителей будут присутствовать 7 терминаторов, на уровнях 2,3,4,5,6,8,9, соответственно.
Найдем L - суммарные потери, которые определяются путем суммирования
-
потерь на деление (Lна дел = 3 n),
-
омических потерь в делителе мощности (Lдел = 0,3÷0,5 дБ),
-
потерь в кабелях (Lкаб = 0,5÷1 дБ)
-
потерь в фазовращателях (Lфв = 2÷3 дБ)
L = Lна дел + n Lдел + Lкаб + Lфв =
= 3 n + n 0,5 + 1 + 2 = 3 * 9 + 9 * 0,5 + 1 + 2
= 34,5 дБ
Т.е. потери на 9-ти этажах превышают коэффициент усиления (Kp=20 дБ) оконечного УМ. Следовательно будем использовать предусилители.
Σ32
>












:
:
:
ПРД
:
:
Возьмем мощность предусилителя Рпрд равную Ро - выходной мощности. Коэффициент усиления Kпpд=Kp=20дБ.
Тогда
Kp = 20.2 = 40 дБ
а суммарные потери равны L = 34,5 дБ.
Т.о. сигнал усилится на 40 – 34,5 = 6,5 дБ
Поскольку выполняется условие L<Kp, то можем найти мощность возбудителя:
Рвозб = Po L = 1 Вт 34,5 дБ = 0.85 Вт
Kp 40 дБ
Т.е. выполняется условие Рвозб< Ро (0,85< 1).
Усилители поставим на 4 уровне двоичных делителей.
2.6 Точность выставления луча.
= 9 .
∆0,5 ск N1 2 p
где N1 – количество элементов в главных сечениях,
- угловая точность выставления луча ( точность выставления нуля диаграммы),
р=3, т.е. имеем 3-х разрядный фазовращатель.
По координате Х:
По координате Y:
3. Выбор и расчет облучателя.
Наиболее простым и удобным, на мой взгляд излучателем, является спиральная антена. Конструктивно она представляет из себя цилиндрический каркас с металлизированной (медной) навивкой и экраном, которым может служить металлическое основание антенной решетки. Экран предназначен для предотвращения растекания токов по внешней стороне оплетки коаксиального кабеля и отражения энергии «тылового» излучения. Диаметр спиралиных антен весьма невелик, что позволяет устанавливать их на решетки с малым межэлементным расстоянием, а варируя количеством витков намотки можно получить необходимую диаграмму направленности излучателя.
Оптимальный
угол намотки -
Коэффициент
замедления, соответствующий оптимальному
углу намотки -
Из формулы для коэффициента замедления найдем S:
→
→
Определим число витков:
Входное сопротивление излучателя: