регистрация /  вход

Коллинеарная антенная решетка с параллельным возбуждением (стр. 1 из 3)

Федеральное агентство по образованию РФ

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра РУС

Курсовой проект по дисциплине

Антенны и устройства СВЧ

на тему:

Коллинеарная антенная решетка с параллельным возбуждением

Выполнила:

ст гр 416

Брыкова Е.В.

Рязань 2007

Введение

Антенные решетки – наиболее эффективные и перспективные антенные системы, позволяющие осуществлять быстрый обзор пространства, многофункциональный режим работы, комплексирование радиосредств, адаптацию к конкретной радио обстановки ,предварительную обработку сверхвысокочастотных сигналов, обеспечение электромагнитной совместимости и т.д. Антенная решетка, обеспечивающая излучение и прием радиоволн,- неотъемлемая часть любой радиотехнической системы. Требования к техническим характеристикам антенн вытекают из назначения радиосистемы, условий размещения, режима работы, допустимых затрат и т.д. Реализуемость необходимых направленных свойств, помехозащищенности, частотных, энергетических и других характеристик антенн во многом зависит от рабочего диапазона волн.

Применение антенных решеток обусловлено следующими причинами. Решетка из N элементов позволяет увеличить приблизительно в N раз КНД (и соответственно усиление) антенны по сравнению с одиночным излучателем, а также сузить луч для повышения точности определения угловых координат источника излучения в навигации, радиолокации и других радиосистемах. С помощью решетки удается поднять электрическую прочность антенны и увеличить уровень излучаемой (принимаемой) мощности путем размещения в каналах решетки независимых усилителей высокочастотной энергии. Помехозащищенность радиосистемы зависит от уровня боковых лепестков антенны и возможности подстройки (адаптации) его по помеховой обстановке. Антенная решетка является необходимым звеном для создания такого динамического пространственно-временного фильтра или просто для уменьшения уровня боковых лепестков.

Вибраторные излучатели широко используются как элементы антенных решеток в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах волн. Широкое применение вибраторных антенных решеток обусловлено рядом их достоинств: относительно малой массой, устойчивостью к атмосферным внешним воздействиям, возможностями складывания и быстрого разворачивания в мобильных радиотехнических системах, получения произвольной поляризации и управления поляризационной характеристикой излученного поля, управления диаграммой направленности отдельных излучателей благодаря включению управляемых нагрузок.

Основные теоретические требования

Вибраторы широко применяются как в качестве самостоятельных антенн, так и в сложных антенных системах; являются, например, элементами антенных решеток или облучателями зеркальных и линзовых антенн. В последних случаях для получения однонаправленного излучения они используются вместе с рефлектором. Наибольшее распространение вибраторные антенны получили в KB и УКВ диапазонах.

Распределение тока, эффективная длина

Вследствие того, что постоянная ЭДС приложена вдоль оси вибратора между его внутренними торцами и вибратор предполагается тонким, электрический ток имеет только одну составляющую Iz (z). При теоретическом анализе в цилиндрической системе координат р,

, zсначала решают внутреннюю задачу теории антенн, т.е. находят распределение тока на вибраторе. Это распределение в пространстве создает электромагнитное поле, которое можно описать одной продольной составляющей электрического потенциала

(1.1)

где I(z’) - эквивалентный ток, распределенный вдоль оси вибратора,

,
- координата на поверхности
=a.

Выразив Ez через

по известной из электродинамике формуле и подставив в граничные условия на поверхности вибратора, для эквивалентного тока получим интегральное уравнение

(1.2)

где U=

d-ЭДС, d-ширина зазора; А и В- постоянные, определяемые из условия обращения распределения тока в ноль на концах вибратора. Точное решение уравнения (1.2) в аналитическом виде не находится. Его приближенное решение для симметричного вибратора имеет довольно простой вид:

(1.3)

где I

=const-амплитуда тока в точке питания (Z=0); верхний знак берется для z<0, нижний - для z>0.

Распределения тока и заряда для тонкого симметричного вибратора приведены на рисунке 1. При 21

распределение является синфазным, а при 21 >
- переменно-фазным.

Наиболее распространенный тип вибратора - полуволновой с

. Его важной особенностью является то, что функция распределения тока не зависит от положения точки возбуждения. У вибраторов другой длины эта функция зависит от положения точки возбуждения. Во всех случаях распределение тока на тонком вибраторе близко к синусоидальному. Подобные законы распределения тока будут и у криволинейных вибраторов, только роль координаты z будет играть координата вдоль оси криволинейного вибратора. Токи на одинаковых расстояниях от центра симметричного вибратора имеют одинаковые амплитуды и фазы, т.е.Iz (z)=Iz (-z). Несмотря на приближенный характер синусоидального распределения (1.3), оно дает хорошие результаты при расчете характеристик излучения симметричного вибратора. Это объясняется тем, что они по отношению к распределению тока являются интегральными характеристиками. Эффективная длина симметричного вибратора находится интегрированием распределения тока (1.3) по длине вибратора. Относительно входа имеем

(1.4)

Рисунок 1 - Распределения тока и заряда в электрическом вибраторе

Для тонкого полуволнового вибратора с синусоидальным распределением тока находим 1эф

0,637*2l Для электрически короткого вибратора (k
) с треугольным распределением тока получаем 1эф = 0,5*2l,т.е. эффективная длина электрически короткого вибратора равна половине его геометрической длины.

Диаграмма направленности и КНД

Совместим центр симметричного вибратора с началом сферической системы координат. Векторный потенциал в дальней зоне описывается выражением

(1.5)

Единственную составляющую напряженности электрического поля в этом случае можно записать так

(1.6)

(1.7)

где Iвх - амплитуда тока на входе; w - волновое сопротивление среды.

Формула получена подстановкой (1.3) в (1.5). Для вибраторов вместо Iвх часто вводят значение тока в максимуме Imax =Iвх /sin.kl, которое никогда в нуль не обращается. После вычисления интегралов получим

(1.8)

где l - длина плеча.

Отсюда можно сделать выводы:

• поле имеет характер сферических волн с центром в начале координат, т.е. фазовый центр вибратора совпадает с его геометрическим центром;

• от координаты (

поле не зависит и ДН в азимутальной плоскости имеет вид окружности;

• в направлении оси (

) поле излучения равно нулю, т.е. вдольоси вибратор не излучает. Это следует из (1.7) после раскрытиянеопределенности;

• форма ДН в меридианной плоскости зависит от электрической длинывибратора. При 2/ < 1,25/1 ДН имеет максимум в боковом направлении

(

)

В азимутальной плоскости

. При 2l> 1,25
необходимо сначала определить направление
а затем произвести нормировку. Для очень коротких вибраторов (kl
1) имеем
что совпадает с ДН диполя Герца. Для полуволнового вибратора ( kl =
/2 ) получаем