Московский авиационный институт

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ФАКУЛЬТЕТ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

КАФЕДРА 406

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«АНТЕНЫ И УСТРОЙСТВА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ»

Проектировал:

студент группы 04-317 Тулунин Е.В.

Консультировал:

доцент Максимов В.М.

Москва – 2003.

1. Введение

Антенны СВЧ широко применяют в различных областях радиоэлектроники: связи, телевидении, радиолокации, радиоуправлении, а также в системах инструментальной посадки летательных аппаратов, радиоэлектронного противодействия, радиовзрывателей, радиотелеметрии и др.

Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие антенны. Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. Замена слабонаправленных или ненаправленных антенн, например связных, остронаправленными сканирующими позволяет не только получать энергетический выигрыш в радиотехнической системе за счет увеличения коэффициента усиления антенн, но и в ряде случаев ослаблять взаимные влияния одновременно работающих различных систем, т. е. обеспечивать их электромагнитную совместимость (ЭМС). При этом могут быть улучшены помехозащищенность, скрытность действия и другие характеристики системы. При механическом сканировании, выполняемом поворотом всей антенны, максимальная скорость движения луча в пространстве ограничена и при современных скоростях летательных аппаратов оказывается недостаточной. Поэтому возникла необходимость в разработке новых типов антенн.

Применение фазируемых антенных решеток (ФАР) для построения остронаправленных антенн позволяет реализовать высокую скорость обзора пространства, что способствует увеличению объема информации о распределение источников излучения или отражения электрических волн в окружающем пространстве.

Основные требования, предъявляемые к антенне, определяются объемом обрабатываемой информации и связаны дальностью действия, разрешающей способностью быстродействием, надежностью, помехозащищенностью и другими характеристиками радиотехнической системы.

Требования к направленности действия антенны определяют форму и ширину диаграммы направленности (ДН), допустимый уровень боковых лепестков (УБЛ), коэффициент направленного действия (КНД) и поляризационную характеристику антенны. Система излучателей с электрическим управляемым фазовым распределением – фазируемая антенная решетка – осуществляет электрическое сканирование луча в пространстве со скоростью, которая может быть на несколько порядков выше скорости механически сканируемых антенн. Реализация различных видов амплитудно-фазовых распределений в АР значительно проще, чем в других типах антенн, т.к. в возбуждающие излучатели устройства можно включать различные делители, направленные ответвители, фазовращатели и другие элементы, обеспечивающие требуемое распределение или управление.

Антенны бегущей волны, реализующие режим осевого из­лучения, являются антеннами поверхностных волн. Поверхно­стные волны возникают на границах раздела сред с различными электрическими параметрами, фазовая скорость в одной из которых меньше, чем в другой. Одной из таких сред в антен­ной технике обычно является воздух, а второй — среда, в ко­торой распространяются замедленные электромагнитные волны _С). При этом амплитуда волны медленно затухает в про­дольном направлении и быстро убывает (по экспоненциально­му закону) при удалении от границы раздела сред по направ­лению нормали.

Рассмотрим стержневые антенны поверхностных волн, в которых волны «направляются» вдоль прямолинейного стержня 1 круглого или прямоугольного поперечного сечения длиной несколько  и возбуждаются отрезком круглого или прямо­угольного металлического волновода 2 (рис.1). В свою оче­редь отрезки волноводов могут быть возбуждены несимметрич­ным вибратором 3, соединенным с внутренним проводником коаксиальной линии 4. В качестве рабочего типа волны в ди­электрическом стержне используется низшая гибридная замед­ленная электромагнитная волна НЕ_11.

Рис.1. Диэлектрические стержневые антенны:

а — цилиндрическая, б — коническая

В диэлектрической антенне из цилиндрического стержня (см. рис. 1, a) на конце антенны возникают отраженные волны, увеличивающие уровень боковых лепестков. Для уменьшения отражений от конца и соответственно снижения уровня бокового излучения и реализации режима, близкого к режиму бегущей волны, применяются диэлектрические стержни конической формы (см. рис. 1, б).

Одиночные стержневые антенны в зависимости от размеров имеют ширину ДН _>15...25⁰. Для получения более узких ДН и повышения КНД применяют антенные решетки стержневых антенн. Диаграмма направленности в этом случае при равномерном возбуждении решетки определяется перемножением ДН одиночного стержня и множителя решетки.

Диэлектрические стержневые антенны широкополосные и их полоса пропускания ограничивается диапазонными свойствами возбуждающего устройства. Преимуществом является простота конструкции и малые поперечные размеры. Недостатком является сравнительно малая пропускаемая мощность и малая направленность излучения[4.5].