Курсовая работа (т): Антенна импульсной РЛС с подавлением отражений от метеоосадков

Антенна импульсной РЛС с подавлением отражений от метеоосадков

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ КОМПЛЕКСОВ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: устройства свч и антенны

антенна импульсной рлс с подавлением отражений от метеоосадков

УСВЧ и ант. 21.210601. 06 КР

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТ ГР.      2140                                                         Пономаренко В.С.

РУКОВОДИТЕЛЬ

доц., к.т.н.                               Федорова Л.А.

Санкт-Петербург

Оглавление

Задание курсовой работы

Введение

Обзор литературы

Глава 1. Обоснование структурной и принципиальной схем1

.1 Структурная схема радиотехнической системы

.2 Принципиальная схема антенно-фидерного тракта

Глава 2. Выбор типа линии передачи

Глава 3. Расчет геометрических размеров облучателя и зеркала

Глава 4. Расчет диаграммы направленности облучателя в главных плоскостях

Глава 5. Расчет распределения поля в раскрыве зеркала и аппроксимирующих функций

Глава 6. Расчет диаграмм направленности зеркала в главных плоскостях и КУ

Глава 7. Расчет элементов фидерного тракта

Глава 8. Описание конструкции

Список используемой литературы

Заключение

Чертеж антенного устройства

Курсовая работа

«Устройства СВЧ и антенны»

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

Факультет №2 Кафедра №21

Задание №6

На тему: Антенна импульсной РЛС с подавлением отражений от метеоосадков

Выдано студенту: Пономаренко В.С._________________группа №2140

Дата выдачи задания «_____»_____2014г. Срок выполнения ________2014г.

.         Технические условия

.         Тип антенной системы: зеркальная антенна в виде параболоида вращения, облучатель - конический рупор.

.         Рабочая длина волны - λ = 4,5см.

.         Ширина диаграмма направленности антенны в главных плоскостях на уровне половинной мощности в горизонтальной плоскости 2φ̊_P/2= (H-плоскость), в вертикальной плоскости 2_P/2= (Е-плоскость).

.         Уровень поля на краю зеркала - выбрать.

.         Уровень первого бокового лепестка не более -25 дБ.

.         Поляризация - линейная и круговая.

.         Мощность излучения P_∑=50кВт Антенна работает на прием и передачу.

.         Обзор пространства по азимуту 360̊, по углу места ±.

.         Содержание проекта.

. Введение. 2. Структурная схема радиотехнической системы и принципиальная схема антенно-фидерного тракта. 3. Выбор типа линии передачи. 4. Расчет геометрических размеров облучателя и зеркала. 5. Расчет диаграммы направленности облучателя в главных плоскостях. 6. Расчет распределения поля в раскрыве зеркала и аппроксимирующих функций. 7. Расчет диаграмм направленности зеркала в главных плоскостях и КУ. 8. Расчет допусков на изготовление отражателя и установку облучателя. 9. Расчет элементов фидерного тракта. 10. Разработать конструкцию антенны и привести её описание. 11. Разработать регламентные работы при эксплуатации антенны и привести описание схем и аппаратуры необходимой при изменениях основных характеристик антенно-фидерной системы. 12. Спецификация к чертежам. 13. Список литературы. 14. Заключение.

. Оформление проекта.

. Проект представляется в виде пояснительной записке с рисунками и расчетными таблицами объёмом 30-40 стр.

. Чертежи: Общий вид антенного устройства с габаритными размерами -1лист. Деталировка узла -1 лист. Диаграмма направленности антенны - 1лист.

. Общие указания.

Пояснительная записка должна быть выполнена на листах формата 210х297 мм черной шариковой ручкой. Используемые расчеты формулы приводятся приводить со ссылкой на литературу в буквенном обозначении с кратким пояснением, а затем с числовыми значениями расчеты кривых давать в таблицах. Рисунок или несколько рисунков приводятся на отдельных страницах. Чертежи должны быть выполнены карандашом.

Выполненные проекты не возвращаются.

. Рекомендуемая литература.

.

.

Руководитель проекта _________________________________________

Задание принял к исправлению студент __________________________

ВВЕДЕНИЕ

Зеркальными антеннами называют антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального рефлектора (зеркала). Источником электромагнитной волны обычно служит какая-нибудь небольшая элементарная антенна, называемая в этом случае облучателем зеркала или просто облучателем. Зеркало и облучатель являются основными элементами зеркальной антенны.

Зеркало обычно изготовляется из алюминиевых сплавов. Иногда для уменьшения парусности зеркало делается не сплошным, а решетчатым. Поверхности зеркала придается форма, обеспечивающая формирование нужной диаграммы направленности. Наиболее распространенными являются зеркала в виде параболоида вращения, усеченного параболоида, параболического цилиндра или цилиндра специального профиля. Облучатель помещается в фокусе параболоида или вдоль фокальной линии цилиндрического зеркала. Соответственно для параболоида облучатель должен быть точечным, для цилиндра - линейным. Наряду с однозеркальными антеннами применяются и двухзеркальные.

Рассмотрим принцип действия зеркальной антенны. Электромагнитная волна, излученная облучателем, достигнув проводящей поверхности зеркала, возбуждает на ней токи, которые создают вторичное поле, обычно называемое полем отраженной волны. Для того чтобы на зеркало попадала основная часть излученной электромагнитной энергии, облучатель должен излучать только в одну полусферу в направлении зеркала и не излучать в другую полусферу. Такие излучатели называют однонаправленными.

В раскрыве антенны отраженная волна обычно имеет плоский фронт для получения острой диаграммы направленности либо фронт, обеспечивающий получение диаграммы специальной формы. На больших (по сравнению с длиной волны и диаметром зеркала) расстояниях от антенны эта волна в соответствии с законами излучения становится сферической. Комплексная амплитуда напряженности электрического поля этой волны описывается выражением

нормированная диаграмма направленности, сформированная зеркалом.

Принцип действия простейшей зеркальной антенны приведен на рисунке:

- зеркало,

- облучатель,

- сферический фронт волны облучателя,

- плоский фронт волны облучателя,

- диаграмма направленности облучателя,

- диаграмма направленности зеркала.

Точечный облучатель (например, маленький рупор), расположенный в фокусе параболоида, создает у поверхности зеркала сферическую волну. Зеркало преобразует ее в плоскую, т.е. расходящийся пучок лучей преобразуется в параллельный, чем и достигается формирование острой диаграммы направленности.

Геометрические характеристики параболоидного зеркала.

Вспомним основные геометрические свойства параболоида.

Нормаль к поверхности параболоида в любой точке  лежит в плоскости, содержащий ось Z, и составляет угол  с прямой, соединяющей эту точку с фокусом.

Любое сечение параболоида плоскостью, содержащее ось Z, является параболой с фокусом в точке F. Кривая, получающаяся сечения параболоида плоскостью, параллельной оси Z, является также и параболой с тем же фокусным расстоянием f.

Из первого свойства следует, что если поместить точечный источник электромагнитных волн в фокусе параболоида, то все лучи после отражение будут параллельны оси Z.

Это означает, что отраженная волна будет плоской с фронтом, перпендикулярным оси Z параболоида.

Из второго свойства следует, что для анализа вопросов отражения волн от поверхности зеркала и наведения на нем токов можно ограничиться рассмотрением любого сечения зеркала плоскостью, проходящей через ось Z или параллельно ей. Кроме того, из второго свойства вытекает, что для контроля точности изготовления параболического зеркала достаточно иметь только один шаблон.

При анализе параболических зеркал удобно одновременно использовать различные системы координат, переходя в процессе анализа от одной к другой, более удобной для последующих расчетов. Такими системами координат являются:

Прямоугольная  с началом в вершине параболоида и осью Z, совпадающей с осью его вращения. Уравнение поверхности зеркала в этой системе координат имеет вид

Цилиндрическая система  . Здесь  и  - полярные координаты, отсчитываемые в плоскости Z=const. Угол  отсчитывается от плоскости XOZ. Уравнение параболоида в этих координатах будет

Цилиндрическую систему координат удобно использовать при определении координат точек истока (т.е. точек источников поля).

Сферическая система координат  с началом в фокусе F и полярной осью, совпадающей с осью Z. Здесь  - полярный угол, отсчитываемый от отрицательного направления оси  - азимут, тот же, что в цилиндрической системе. Уравнение поверхности зеркала в этой системе координат нами уже было получено:

Эта система координат удобна для описания диаграммы направленности облучателя.

Сферическая система координат  с началом в фокусе параболоида. Здесь  - полярный угол, отсчитываемый от положительного направления оси Z;  - азимут, отсчитываемый от плоскости XOZ. Эта система координат удобна для определения координат точки наблюдения и будет использована при расчете поля излучения.

Поверхность, ограниченная кромкой параболоида и плоскостью  , называется раскрывом зеркала. Радиус  этой поверхности называется радиусом раскрыва. Угол  , под которым видно зеркало из фокуса, называется углом раскрыва зеркала.

Форму зеркала удобно характеризовать либо отношением радиуса раскрыва к двойному расстоянию (параметру параболоида)  либо величиной половины раскрыва  .

Зеркало называют мелким,или длиннофокусным, если  , глубоким, или короткофокусным, если

Легко найти связь между отношением  и углом
Из рисунка следует, что

откуда

У длиннофокусного параболоида  , у короткофокусного  При  (фокус лежит в плоскости раскрыва зеркала)

Обзор литературы

В структурной схеме радиотехнической системы используется антенный переключатель (АП).

АП - Использование: в радиотехнике, в качестве переключателя в радиолокационных станциях, использующих одну и ту же антенну для излучения и приема сигналов. Сущность изобретения: в антенном переключателе, содержащем разветвление, плечи которого являются входами для подключения антенны, приемника и передатчика, соответственно, LC-фильтр нижних частот, включенный в плечо приемника, выполнен Т-образным, индуктивные элементы которого образованы последовательно соединенными первой и второй индуктивностями, а ключевой конденсатор и ключевой элемент включены между точкой соединения первой и второй индуктивностей и общей шиной.

Суть изобретения: Использование: в радиотехнике, в качестве переключателя в радиолокационных станциях, использующих одну и ту же антенну для излучения и приема сигналов. Сущность изобретения: в антенном переключателе, содержащем разветвление, плечи которого являются входами для подключения антенны, приемника и передатчика, соответственно, LC-фильтр нижних частот, включенный в плечо приемника, выполнен Т-образным, индуктивные элементы которого образованы последовательно соединенными первой и второй индуктивностями, а ключевой конденсатор и ключевой элемент включены между точкой соединения первой и второй индуктивностей и общей шиной.

Номер патента: 2022418

Дата подачи заявки: 16.01.1989

Дата публикации: 30.10.1994

Заявитель(и): Харьковский институт радиоэлектроники им.акад.М.К.Янгеля (UA)

Автор(ы): Дудник Борис Саввич[UA]; Моисеев Виктор Петрович[UA]

Патентообладатель(и): Харьковский институт радиоэлектроники им.акад.М.К.Янгеля (UA)

Описание изобретения: Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокационных станциях, использующих одну и ту же антенну как для излучения сигналов передатчика, так и для приема сигналов.

Из известных антенных переключателей наиболее близким по технической сущности к заявляемому является переключатель, содержащий один диод, устанавливаемый в месте соединения антенны с линией, идущей к передатчику, и другой диод, включенный параллельно входу приемника, в линии, соединяющей приемник с антенной, на расстоянии λ / 4 от антенны.

Недостатком этого устройства является высокий уровень сигнала передатчика, попадающего на вход приемника, что ограничивает набор усилительных элементов, используемых во входной ступени радиоприемного тракта. Вследствие конечной величины сопротивления открытого второго диода линия, соединяющая приемник с антенной длиной λ / 4, работает не в чистом режиме короткого замыкания, а уровень сигнала, создаваемый на сопротивлении открытого второго диода, попадает на вход приемника. Величина его зависит от величины сопротивления открытого диода и тока, создаваемого передатчиком.