Расчет антенной решетки

 

Антенная решетка применяется в том случае, когда требуется сузить ДН, повысить КНД и уменьшит уровень боковых лепестков. ДН решетки можно представить как произведение , где  – множитель одиночного излучателя;  ­– множитель решетки.

 

 

В данной курсовой работе требуется спроектировать антенную решетку, которая представляет собой антенную решетку, которая схематически изображена на рис.8:

 

Здесь N₁ – число элементов в строке, N₂ – число элементов в столбце, d₁ – расстояние между элементами (излучателями) в строке, d₂ – расстояние между элементами в столбце.

Так как согласно заданию решетка синфазная, то расстояние между элементами следует выбирать оптимальным, т.к. в случае если это расстояние окажется больше, т.к. начнут появляться дифракционные лепестки.

ДН в плоскости Н согласно технического задания должна быть в 4 раза шире ДН в плоскости Е. Эту проблему можно было бы решить расположив элементы в пропорции 4N₁=N₂.Однако общее число излучателей, равное N_общ=N₁N₂=50, также задано и накладывает дополнительные ограничения. Чтобы найти число излучателей в строках и столбцах нужно решить систему уравнений:

 

 

Решив ее получим не целочисленные значения, поэтому соотношение ДН в разных плоскостях можно соблюсти изменяя расстояние между излучателям в плоскости Н(расстояние между излучателями в плоскости Е – оптимальное).

Учитывая вышесказанное, принимается N₁=5, N₂ =10.

Оптимальное расстояние между излучателями определяется формулой:

 

 

 

Подставив в нее значения, получим:

 

 см.

 

Ширина ДН решетки в плоскости Е определяется выражением

 

 

Соответственно для ширины ДН в плоскости Е получим:

 

 

Расстояние между излучателями в плоскости Н найдем из системы уравнений:

 

 

Выразив отсюда d₁ получим:

 

см.

 

Множитель решетки при синфазном питании элементов имеет вид:

 

,

 

где .

 

Тогда для плоскости Н он запишется так:

 

 

Для плоскости Е:

 

 

Как было сказано ранее, ДН антенны является произведением ДН одного излучателя на ДН множителя решетки.

Соответственно ДН антенны в плоскости Н:

 

 

В плоскости Е

 

 

 

рис.9

 

Уровень боковых лепестков для решетки с оптимальным расстоянием между излучателями характеризуется следующим соотношением:

 

 

Для числа излучателей >10 КНД определяется по формуле:

 

,

 

где D₁ – КНД одного излучателя.

раз

.

Коэффициент усиления по определению – произведение КНД на КПД:

 

 

КПД определяется следующим выражением:

Коэффициент усиления с учетом потерь в диэлектрике:

раз

.

 

2.3 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

 

Схема питания строки излучателей представлена на рис. 10

 

Направленный ответвитель распределяет энергию, поступающую от генератора, между излучателями в соответствии с выбранным соотношением мощности затем, через Н – тройники и плавные переходы от прямоугольного волновода к круглому, энергия поступает непосредственно к элементам решетки – диэлектрическим антеннам. Соединив таким образом излучатели в строке получим столбец из 5 волноводов, схема питания которого изображена на рис. 11.

 

рис.11

Излучатель представляет собой диэлектрический стержень, вставленный в круглый волновод. В круглом волноводе возбуждается волна  с помощью плавного перехода от прямоугольного волновода к круглому. Длину перехода круглого волновода в волновод заполненный диэлектриком стержня выберем . Чертеж излучателя приведен на рис.12:

 

Для волны длиной 2.5 см используется прямоугольный волновод марки R120. Размеры волновода , . Чтобы от перехода прямоугольный – круглый волновод не было отражения длина его должна быть не меньше длины волны. Конструкция перехода приведена на рис.13.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В данной курсовой работе спроектирована антенная решетка диэлектрических стержневых антенн, удовлетворяющая заданным в техническом задании параметрам.