Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
Министерство образования Российской Федерации
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ-УПИ
"
ПЛОСКАЯ ФАР С ДИСКРЕТНЫМ ФАЗИРОВАНИЕМ
"
Екатеринбург 2004
Введение 1. Исходные данные 2. Параметры ФАР 2.1 Параметры одиночного излучателя 2.2 Параметры антенной решетки 2.3 Схемы питания и фазирования решетки 3. Расчет схемы питания 3.1 Распределение мощности по излучателям 3.2 Расчет делителей мощности 4. Расчет фазовращателей 4.1 Выбор дискрета фазы 4.2 Расчет проходного ФВ 4.3 Расчет шлейфного ФВ 4.4 Коды управления фазой при сканировании Библиографический список В настоящее время антенны СВЧ широко применяют в различных областях радиоэлектроники. Широкое распространение получили остронаправленные сканирующие антенны. Сканирование позволяет осуществлять обзор пространства, сопровождение и определение угловых координат движущихся объектов. 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. 1. Частота 1,9 ГГц, 2. Ширина диаграммы направленности (по уровню -3 дб) 3. Уровень боковых лепестков 4. Максимальный угол отклонения луча 5. Мощность передатчика P=600 Вт, 6 Полосковый резонатор - тип излучателя, 7. Плоскость XOZ. В данной работе необходимо спроектировать плоскую ФАР с дискретным фазированием. 2.
Подбор параметров ФАР
В качестве излучателя в данной работе используется прямоугольный полосковый резонатор. Материалом подложки служит ФЛАН-10, имеющий Длина волны в свободном пространстве определяется как Рис. 1 Полосковый излучатель 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 Максимально допустимый шаг вдоль оси OY равен Для заданного уровня боковых лепестков -30 дб выберем закон распределения Количество элементов в решетке можно найти как Так как 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. 3
. Выбор и расчет схемы питания
Линия передачи является микрополосковой, т. к. диэлектрическая проницаемость материала подложки Амплитудное распределение поля в раскрыве антенны определяется следующим образом: f(x,y)=f(x)f(y), где 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 Таблица 1 Излучатели 1 2 3 4 5 6 7 8 Gвх,мСм 0,22 1,77 6,5 12 12 6,5 1,77 0,22 a, мм 2,1 17 61 109 109 61 17 2,1 Конструкцию излучателей в столбце ФАР можно найти в приложении 4. Далее проведем найдем распределения мощности по излучателям, которое потребуется для расчета делителей мощности. Обозначим мощность, которая должна поступать в излучатель как 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 1 2 3 4 5 6 7 8 1 0,006 0,016 0,047 0,111 0,211 0,332 0,443 0,509 2 0,048 0,127 0,369 0,877 1,669 2,627 3,505 4,033 3 0,177 0,464 1,35 3,204 6,101 9,599 12,81 14,74 4 0,317 0,829 2,414 5,73 10,909 17,164 22,905 26,357 В качестве делителя, как отмечалось выше, был выбран тройниковый делитель. Все делители-15 шт., можно условно разбить на несколько групп: m1- делители, имеющий в одном плече 1 столбец (8 шт.) m2 - делители, объединяющие m1 (4 шт.) m3- делители, объединяющие m2 (2 шт.) m4 - делители, объединяющие m3 (1 шт.) Делитель m4 имеет коэффициент деления по мощности, равный 1. Для остальных делителей этот коэффициент определяется как Тогда волновые сопротивления l/4 трансформаторов определяются как Таблица 3 Делители m11 2,62 29,4 /7,2 47,5/ 3,1 m12 2,37 29,8 /7,1 46 /3,4 m13 1,57 32 /6,3 40,1 /4,3 m14 1,15 34,2/ 5,7 36,6 /5,1 m21 7,1 26,7 /8,3 71,2 /1,2 m22 1,75 31,3 /6,5 41,5/ 4,1 m3 8,32 26,4 /8,5 76,34/ 1 m4 1 35,35 /5,4 35,35/ 5,4 Дискретное фазирование приводит к росту УБЛ, поэтому дискрет фазы выбирается из учета максимального допустимого роста боковых лепестков и минимальной дискретности перемещения луча при сканировании. Исходя из требований ТЗ ФВ на p и p/2 реализуются на основе проходного ФВ. По заданному сдвигу фазы Для Конструкцию проходного ФВ на 90° представлена на рис. 5. В качестве p-i-n диодов используется 2А507А. Для управления ФВ требуется двухзначный код: 10-0°, 01-90° (аналогично и для ФВ на 180°). 4
.3 Расчет шлейфного ФВ
ФВ на p/4,p/8 и p/16 реализуются на основе шлейфного ФВ. Для расчета потребуются параметры p-i-n диода 2А507А: 1) Определяем волновое сопротивление отрезка линии, к которому подключен p-i-n диод: 2) Определяем длину отрезка линии из условия оптимизации по фазе: 3) Вычисляем реактивность 4) Определяем сопротивление шлейфа, которое с сопротивлением основной линии обеспечивает нормированную проводимость 5) Рассчитываем параметры l/4 трансформатора для согласования Сопротивление между ООФ определяется как В табл. 3 представлены результаты расчета шлейфных ФВ. Таблица 4 ФВ L1, мм 45° 60,4 /1,8 20 60,4 /1,8 23,1 /10,3 22,5° 60,4 /1,8 20 87,1 /0,6 24,5 /9,4 11,25° 60,4 /1,8 20 123,8 /0,1 24,9 /9,2 Общее число диодов, применяемых в ФАР, составляет N=16(4*2+2*3)=224. Для управления ФВ необходимо использовать Uпр=+12 В, что соответствует логической 1,
и Uобр=-12 В, что соответствует логическому 0
. Тогда максимально потребляемая всеми диодами мощность составит Рис. 5 Конструкции проходного и шлейфного ФВ на 90° и 45° соответственно Фаза для каждого ФВ, имеющего структуру как на рис. 4, рассчитывается следующим образом где E(x) -выделение целой части числа х Определив, Список
используемой литературы
1. Проектирование интегральных устройств СВЧ: Справочник/ Ю.Г. Ефремов, В.В. Конин, Б.Д. Солганик и др. - К: Тэхника, 1990.-159 с. 2. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решеток. Под ред. Д.И. Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1994- 592 с. 3. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. для радиотехнич. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1988.- 432 с.
|