2

Министерство образования Российской Федерации

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СРЕДСТВ, РАДИОСВЯЗИ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Оценка работы

Члены комиссии

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

ПЛОСКАЯ ФАР С ДИСКРЕТНЫМ ФАЗИРОВАНИЕМ

200700 000000 013 ПЗ

Руководитель Семенов Б. В.

Студент Овчинников А. А.

Группа Р-475

Екатеринбург 2006

В данной работе приводится расчет параметров плоской ФАР с дискретным фазированием и с излучателями в виде полосковых резонаторов, расчет схемы питания, фазовращателей на p-i-n- диодах.

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, СИМВОЛЫ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ФАР

3.1 Выбор дискрета фазы

3.2 Расчет проходного ФВ

3.3 Расчет шлейфного ФВ

3.4 Коды управления фазой при сканировании

Приложение

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, СИМВОЛЫ И СОКРАЩЕНИЯ

- диэлектрическая проницаемость материала подложки,

- волновое сопротивление линии передачи,

- длина волны в свободном пространстве,

л- длина волны в линии передачи,

w -ширина полосковой линии,

ДН - диаграмма направленности,

ТЗ - техническое задание,

УБЛ - уровень боковых лепестков,

ФАР - фазированная антенная решетка,

ФВ - фазовращатель.

ВВЕДЕНИЕ

Антенны СВЧ широко применяют в различных областях радиоэлектроники - связи, радиолокации, радиоуправлении. Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие антенны. Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение движущихся объектов и определение их угловых координат. Применение ФАР для построения сканирующих остронаправленных антенн позволяет реализовать высокую скорость обзора пространства и способствует увеличению объема информации о распределении источников излучения или отражения электромагнитных волн в окружающем пространстве.

К современным антенным системам предъявляются жесткие требования к габаритным размерам, весу. Применение микроэлектронных устройств СВЧ, выполненных на основе полосковых линий передачи, позволяет значительно уменьшить массу и размеры антенны.

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В данной работе необходимо спроектировать плоскую ФАР с дискретным фазированием.

Исходные данные:

Частота 1,9 ГГц,

Ширина диаграммы направленности (по уровню -3 дб) ,,

Уровень боковых лепестков дб,

Максимальный угол отклонения луча ,

Мощность передатчика в импульсе P=600 Вт,

Тип излучателя- полосковый резонатор,

Сектор сканирования- плоскость XOZ.

1. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ФАР

В качестве излучателя в данной работе используется прямоугольный полосковый резонатор. Материалом подложки служит ФЛАН-10, имеющий и .

Длина волны в свободном пространстве определяется как мм. Резонансная длина антенны 24 мм. Размер а определяет излучение торца резонатора и входное сопротивление, изменяя его можно добиться требуемого распределения по мощности. Определение размера а можно найти в разделе расчета схемы питания. Для упрощения конструкции резонатора смещение от края примем равным 0.

Рис. 1 Полосковый излучатель

1.2 Выбор параметров антенной решетки

Поскольку сканирование производится только в одной плоскости XOZ, то шаг решетки вдоль OX и OY будет определяться по-разному.

Максимально допустимый шаг вдоль оси OX равен мм. Назначим dx=75 мм.

Максимально допустимый шаг вдоль оси OY равен мм. Назначим dy=105 мм.

Для заданного уровня боковых лепестков -30 дб выберем закон распределения . Данному уровню удовлетворяет величина пьедестала , но учитывая, что при дискретном характере возбуждения УБЛ возрастет по сравнения с непрерывным, возьмем . Ширина диаграммы направленности (по уровню -3 дб) определяет общие геометрические размеры решетки:м, м.

Количество элементов в решетке можно найти как и . Округлим до 8, тогда размер ly увеличится до 0,84 м. Общее число элементов в решетке равно .

1.3 Выбор схемы питания и фазирования решетки

Поскольку ФАР должна производить сканирование в одной плоскости XOZ, то управление фазой необходимо осуществлять только по столбцам. Количество фазовращателей (ФВ) определяется количеством столбцов, .

Амплитудное распределение поля в плоскости YOZ, т. е. по строкам можно реализовать, изменяя входные проводимости излучателей, тем самым меняя распределение тока по ним. Для реализации распределения поля по столбцам выберем параллельную схему питания, т. к. она обеспечивает равенство электрических длин до всех столбцов АР ,и поэтому не требуется корректировка по фазе. Количество столбцов-16- кратно целой степени числа 2, поэтому в качестве делителя удобно использовать тройниковый делитель мощности.

Структурная схема ФАР со схемой питания и фазировкой можно найти в прил. 2.

2. РАСЧЕТ СХЕМЫ ПИТАНИЯ

Линия передачи является микрополосковой, т. к. диэлектрическая проницаемость материала подложки . Выберем высоту подложки h=3 мм и толщину полоска t=20 мкм, волновое сопротивление линии =25 Ом, при этом ширина полоска составит w=9,2 мм. Эти параметры обеспечивают реализуемость конструкции делителей мощности и ФВ.

2.2 Распределение мощности по излучателям

Амплитудное распределение поля в раскрыве антенны определяется следующим образом:

f(x,y)=f(x)f(y), где

- амплитудное распределение поля в плоскости XOZ,

- амплитудное распределение поля в плоскости YOZ.

Излучатели в столбцах можно представить в виде параллельного включения их входных проводимостей, тогда распределение поля вдоль строк можно реализовать как распределение тока на излучателях в соответствии с их входной проводимостью.

Проводимость излучателей определяется следующим образом

, где j- номер элемента в столбце.

, .

Таблица 1

Конструкцию излучателей в столбце ФАР можно найти в приложении 4.

Далее найдем распределения мощности по излучателям, которое потребуется для расчета делителей мощности. Обозначим мощность, которая должна поступать в излучатель как , где i=1..16, j=1..8. Будем предполагать, что потерь в схеме питания не существует и вся подводимая мощность Po распределяется между излучателями. Тогда определяется как

, где ,- координаты i,j- излучателя

Так как амплитудное распределение симметрично в обеих плоскостях, то и распределение мощности по излучателям является симметричным, т. е. достаточно найти мощности для излучателе, находящихся с 1 по 8 столбец и с 1 по 4 строку. В табл. 1 приводятся результаты расчета (Po=600 Вт)

Таблица 2

2.3 Расчет делителей мощности