Расчет основных электрических показателей ВЩР. Основные достоинства ВЩР. Конструкция ВЩР

Содержание

Введение………………………………………………………………	3
1.Конструкция ВЩР…………………………………………………	4
2. Расчет основных электрических показателей ВЩР…………….	6
Заключение……………………………………………………………	11
Список литературы…………………………………………………..	12

Введение

Щели в качестве излучающих элементов или самостоятельных антенн широко используются в технике СВЧ. При этом применяются в основном щели в волноводах, хотя могут использоваться и щели в металлических пластинах или фольге, возбуждаемые с помощью полосковых линий.

Волноводно-щелевые линейные решетки (ВЩР) обеспечивают сужение ДН в плоскости, проходящей через ось волновода.

Наряду с ВЩР с неподвижными в пространстве диаграммами направленности, применяются ВЩР с механическим, электромеханическим и электрическим сканированием.

Основные достоинства ВЩР:

Ø  отсутствие выступающих частей, что обеспечивает возможность совмещения излучающей поверхности ВЩР с внешней поверхностью корпуса летательного аппарата без дополнительного аэродинамического сопротивления (бортовая антенна);

Ø  возможность реализовать оптимальные ДН, так как законы распределения поля   в   раскрыве   могут   быть   различными   за   счет   изменения   связи излучателей с волноводом;

Ø  сравнительно  простое возбуждающее устройство,  простота в эксплуатации.

Недостатком ВЩР является ограниченность диапазонных свойств. При изменении частоты в несканирующей ВЩР происходит отклонение луча в пространстве от заданного положения, сопровождающееся изменением ширины ДН и ее согласования с питающим фидером.

Рассмотрим более подробно ВЩР с частотным сканированием.

1. Конструкция ВЩР

При построении ВЩР на основе прямоугольного волновода с волной основного типа Н₁₀ необходимо учитывать, что в волноводе имеют место продольный и поперечный поверхностные токи на широких стенках и поперечный ток на узких стенках.

Щели расположены в широкой стенке волновода. Продольная щель пересекает поперчный ток, она сдвинута относительно средней линии широкой стенки волновода. Излучение отсутствует при х₁ = 0 и возрастает при увеличении смещения х₁. (рис.1.)

Рис.1. Расположение щели в ВЩР

Конструктивное выполнение ВЩР с частотным сканированием (со съемной щелевой стенкой) приведено на рис.2.:

Рис.2. Конструкция ВЩР с частотным сканированием

1 - корпус; 2 - верхняя стенка со шелями; 3 - подвижный металлический выступ-"нож'; 4 - поглощающая нагрузка; 5 - крышка механизма качания луча; 6 - кулачок; 7 - толкатель; 8 - стержень возвратного механизма; 9 - корпус с возвратной пружиной; 10 - направляющий подшипник "ножа"

2. Расчет основных электрических параметров ВЩР

Вначале определим тип ВЩР. Выбираем резонансную антенну, т.е. у нас антенна узкополосная с высоким КПД.

Найдем расстояние между излучателями в выбранном для построения антенны волноводе заданного диапазона волн. В резонансной антенне [3]:

;                                                                                                       (1)

;

Затем выберем амплитудное распределение по антенне, обеспечивающее ДН с заданным уровнем боковых лепестков. В нашем случае амплитудное распределение – равномерное.

По известному теперь амплитудному распределению находим действующую длину антенны, длину антенны  (соответственно и число излучателей), обеспечивающая требуемую ширину ДН на уровне 0,5 мощности [3]:

                                                                                                (2)

                                                                                                       (3)

                                                                                                     (4)

Рассчитаем нормированную проводимость щели антенны [3]:

 (5), где - мощность, поглощаемая в согласованной нагрузке. Обычно для получения максимального коэффициента усиления антенны).

Коэффициент направленного действия антенны при  определяется [3]:

                                                                                          (6)

Входящий в формулу (6) коэффициент использования раскрыва  зависит от амплитудного распределения: для нашего случая с равномерным распределением они равен 1;  - для продольных щелей в широкой стенке  для наклонных щелей в узкой стенке волновода.

;

В отличии от линейной плоская решетка излучателей обладает направленностью в обеих плоскостях, и поэтому ее КНД при сканировании сразу же начинает падать за счет уменьшения эффективной апертуры решетки.

КПД ВЩР  может быть подсчитан по формуле в случае равномерного амплитудного распределения [3]:

                                                                                     (7)

где - мощность, поглощаемая в согласованной нагрузке;  - коэффициент связи щелей с волноводом;  - действующая длина антенны;

.

Так как в резонансной антенне вместо поглощающей нагрузки обычно устанавливают коротко замыкающий поршень, ее КПД выше, чем у нерезонансной антенны тех же размеров. При известных КПД и КНД антенны коэффициент усиления может быть рассчитан по следующей формуле [3]:

;                                                                                                  (8)

;

Рассчитаем минимальное и максимальное замедления фазовой скорости [3]:

                                                                                      (9)

                                                                                    (10)

Определим направления главного максимума ДН соответственно при и  [3]:

;                                                                      (11)

;                                                                       (12)

;

Определяем возможный сектор сканирования [3]:

                                                                                       (13)

Определим предельную пропускаемую мощность по формуле [3]:

                                                                         (14)

Построим ДН антенны [3]:

                             (15)

где  - амплитуда поля на краях антенны; .

Рис.3. Отсчет углов при расчете ДН ВЩР

Результаты расчета по формуле (15) приведем в таблице 1.

Таблица 1. Расчет ДН ВЩР

100	0,22	0,78	-6,20298	0,010111
105			-11,8891	-0,00743
110			-0,54197	-0,03461
115			11,58158	-0,03564
120			7,112487	-0,00148
125			-7,5465	0,043007
130			-11,3938	-0,0204
135			1,082516	0,923565
140			12,00794	-0,03331
145			5,729878	-0,08805
150			-8,75724	0,011445
155			-10,6981	-0,03099
160			2,687959	0,371813
165			12,22302	-0,02987
170			4,246456	-0,01011
175			-9,8139	-0,02344
180			-9,81412	-0,02344

Рис.4. ДН ВЩР

Заключение

В результате проделанной курсовой работы были рассчитаны основные электрические показатели ВЩР: действующая длина, КНД, КПД, предельная пропускная мощность, сектор сканирования. Была построена ДН ВЩР (рис.4.).

Все рассчитанные параметры соответствуют исходным данным