Курсачи по АФУ(Чистюхин, МП46-47) / ВАРИАНТ 6 / ВАРИАНТ 6

ВАРИАНТ 6

Дано

P₀=3 Вт

Q_0,5=2^о

Q_ск= + 30^о

P=3

=6см

K_p=20 Дб

T- 22 Дб

РЕШЕНИЕ

Основной характеристикой передающей АФАР является энергетический потенциал:

П_прд=PG=N^2*P_0*g

где P₀ - мощность, излучаемая в каждом канале, значение P₀ опреде­ляется существующей элементной базой (транзистором выходного кас­када) в заданном частотном диапазоне; N - количество элементов; g -минимальное усиление излучателя в заданном секторе сканирования;

величина g может быть определена из следующего соотношения:

где S₀ - площадь, занимаемая излучателем; λ - рабочая длина волны;

δ - коэффициент использования площади для данного типа решетки и соответствующего амплитудно-фазового распределения по апертуре; А -коэффициент, меньший единицы, обусловливающий падение усиления элемента в заданном секторе сканирования (обычно принимается рав­ным 0,5).

Для квадратного расположения излучателей в решетке (Т.К. Q_ck= + 30^o)

S₀ = d² , где d - межэлементное расстояние, которое в свою очередь определяется из соотношения

Для малых секторов сканирования ДН элемента решетки можно

проаппроксимировать следующей зависимостью:

В этой формуле показатель степени α может быть определен из условия падения усиления излучателя на краю сектора сканирования Q_ck на 3 дБ (в два раза по мощности):

Отсюда, предварительно взяв логарифм от обеих частей, получим окон­чательно:

Значение Q_д определяется из тех соображений, что при отклоне­нии основного лепестка на предельное значение Q_ck дифракционный максимум подавляется ДН элемента на (3 дБ) до допустимого УБЛ t:

Отсюда может быть найдено предельное значение Од :

Для равноамплитудного распределения

Для заданных УБЛ, меньших чем -13,2 дБ, обычно используется амплитудное распределение по раскрыву типа "косинус на пьедестале":

Изменяя значение Δ, можно снизить уровень наибольшего боко­вого лепестка (дБ) до значений

П_прд=N²*P₀*g=1369*3*2,053=8431,7Вт

Потери в фазовр. L_ф=2дб

Потери в кабеле L_каб=1,5 дб. М.

Потери в делителе на два L_g0=0,3 дб

Потери в делителе на три L_g0=0,4 дб

Применяя делители на 2 и на три сделаем делитель на 1536. Это будет: первый этаж – делитель на 3, далее 9 этажей делителей на 2.Если применять одноэтажную схему разводки, то

L_∑=3*9+4,78+2+9*0,3+0,4+1,5=38,38 дб

Усилитиль в выходном модуле обеспечивает 20 дб усиления, следовательно одноэтажная схема разводки не подходит.

Применим двух этажную схему. Дополнительный усилитель поставим после 6 делителей.

L_∑1=4,78+0,4+4*3+4*0,3+0,5=18,88 дб

Где 4,78 – деление на 3

0,4 – потери в делителе на 3

4*3 – деление на 16

4*0,3 – потери в делителе на 16

0,5 потери в 1/3 м. кабеля.

L_∑2=19,5 дб

Рассчитаем P_возб

Возьмём 2,07 Вт.

В АФАР получилось 1369 элементов, а разводка - на1536 => 169 выходов нужно подключить к согласованным нагрузкам.

На 5 выходов первого этажа разводки подключим согласованные нагрузки, 48*5=160 (выходов нагружено); семь оставшихся нагрузок подключим к одному из делителей во втором этаже.

Расчет точности наведения луча

Т.к. Ширина луча по Х и по У одинакова то можно выбрать спиральный излучатель.

Спиральная антенна представляет собой отрезок спирали из ме­таллической проволоки либо ленты, вдоль которого распространяется замедленная (или поверхностная) бегущая волна .Спираль с ша­гом S и диаметром D имеет длину витка L и угол намотки а. Общая длина спирали / = nS , где п - число витков. Возбуждающее устройство состоит из экрана диаметром Dy >. \- и питающего фидера. Экран препятствует затеканию тока на внешнюю поверхность коаксиального фидера и выполняет роль рефлектора, ослабляющего излучение в зад­нюю полусферу.

Направленные свойства спирали зависят от соотношения ее разме­ров и длины волны. С практической точки зрения представляет интерес режим осевого излучения, когда L =λ этом случае вдоль оси спирали распространяется волна T_i , а вдоль провода спирали возни­кает бегущая волна тока, коэффи­циент замедления которой в диапа­зоне длин волн 0,7 < λ/L < 1,3 изменяется линейно, т.е. в этом диапазоне частот длина волны тока

Λ= λ/ p_i = const. Максимум диа­граммы направленности антенны ориентирован вдоль оси z, а поле имеет эллиптическую поляризацию.

Как показывают расчеты, один виток спирали обладает слабой на­правленностью. Обострение диаграммы обеспечивается совокупностью витков, т.е. спиральную антенну можно представить как линейную сис­тему с осевым излучением. Число витков выбирается в переделах 3<n<12. При п<3 поле в антенне не успевает сформироваться, а

при п > 12 последующие витки уже не вносят вклад в излучение, по­скольку ток в них исчезающе мал.

Существуют два режима осевого излучения: режим круговой поля­ризации и режим максимального КНД.

Врежиме максимального КНД (оптимальный режим) необходимо, чтобы первый и последний витки спирали излучали в противофазе, т.е. чтобы обеспечивалось равенство:

Φ_n-nKS=2πn+π

Учитывая, что фазовый сдвиг последнего витка определяется как

Φ_n=kp_{i опт}L

Из этих формул

Отсюда можно определить оптимальный угол намотки

=> α_опт=12

В режиме максимального КНД поле оси антенны поляризовано эллип­тически, но близко к кругу.

ДН спиральной антенны рассчитывается по формуле для линейной системы с осевым излучением.

F(Q)=f_в(Q)f(Q)

где f_в(Q) - ДН одного витка;

*

множитель направленности системы; p=p_i/sin α - коэффициент за­медления волны вдоль оси спирали.

Из формулы * следуют соотношения для расчета электрических

параметров спиральной антенны (при α = 12 -17°):

возьмём L=λ:

Возьмём n =10 : l=nS => S=l/n=1,8 см

Из тригонометрических соотношений для спирали:

Диаметр экрана возьмём равным межэлементному расстоянию АФАР.