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:

1. Выходная мощность р_о = 1 Вт

2. Ширина ДН по уровню 0,5 по Х ∆_0,5 = 10^о

3. Ширина ДН по уровню 0,5 по Y ∆_0,5 = 3^о

4. Угол сканирования по Х _ск = + 40^о

5. Угол сканирования по Y _ск = + 15^о

6. Количество разрядов фв р = 3

7. Длина волны = 5 см

8. Коэффициент усиления УМ Кр = 20 дБ

9. Уровень боковых лепестков t < -17 дБ

Определить:

d, N, Ппрд, , ∆, Рвозб - ?

Выбрать схему разводки, тип облучателя и рассчитать его основные параметры.

2. Расчеты параметров.

1. 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 (40^o) = 0,5 (на краю сектора сканирования)

= ½ log 0,5 / log (cos 40^o) = 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 = 77^o;

d < = 0,618 ~ 0,62 ;

sin77^о + sin40^о

d ~ 0,6 = 0,62*5 см = 3,1 см.

По координате Y:

cos ² (15^o) = 0,5 (на краю сектора сканирования)

= ½ log 0,5 / log (cos 15^o) = 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 ;

sin34,71^о + sin15^о

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 ) 51^о

N1 d

или

∆_0,5 = 51^о = 51^о .

N1 0,6 0,6 N1

В сечении Х:

∆_{0,5 по Х} = 10^о

тогда можем выразить N1 - число элементов в сечении Х:

N1 = 51^о = 8,5

10^о 0,6

Возьмем N1 9 – число элементов в сечении X.

В сечении Y:

∆_{0,5 по Х} = 3^о

N2 = 51^о = 28.3

3^о 0,6

Возьмем N2 29 – число элементов в сечении Y.

Общее число излучателей N будет определяться как:

N = N1* N2 = 261 (9x29).

4. Энергетический потенциал передающей АФАР.

Энергетический потенциал передающей АФАР определяется как:

Ппрд = N² p_og ,

N- число излучателей,

p_o – 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 p_o 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: