ID: 43307

Название работы: Расчет параметров компенсированной линейной дискретной антенны

Категория: Курсовая

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Требуется рассчитать характеристики линейной дискретной антенн а именно: Произвести синтез антенны: определить n и d. Рассчитать КК лепестков антенны; Рассчитать запаздывание которое нужно внести в цепи приема. ВВЕДЕНИЕ Линейными называют антенны два из размеров которых много меньше длины волны.

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-11-04

Размер файла: 563 KB

Работу скачали: 15 чел.

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

“Киевский политехнический институт”

Кафедра акустики и акустоэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Акустические антенны

тема Расчет параметров компенсированной 

линейной дискретной антены

         Руководитель Беркута В.Г.                          Выполнил Сиромолот  В.Н.

Допущен к защите                                            студент  5-го  курса

“_____”___________ 2005г                             группы   ДГ-12

Защищено с оценкой                                        зачётная книжка

_______________________                              № 1220

2005

Содержание

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………...	4
1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АНТЕНЫ…………………………….…………	7
1.1.Определение количества элементов и расстояния между ними………………………	7
1.2 Расчет углов статического веера………………………………. ………………………...	10
1.3. Коэффициент концентрации………………………………………………………….. ….	14
1.4. Расчет пространственного канала…………… …………………………………………..	15
1.5 Расчет взаимного сопротивления…….……………………………………………………	15
1.6 Расчет фаз возбуждения…………………………………………..………………………..	16
2. РЕЗУЛЬТАТИ  РАСЧЕТА…..………………………………………………………………	17
ВЫВОДЫ …………………………………………………………………………………..	23

ЗАДАНИЕ

Требуется рассчитать характеристики линейной дискретной антенн, а именно:

1.  Произвести синтез антенны: определить n и d.
2.  Рассчитать КК лепестков антенны;
3.  Рассчитать запаздывание, которое нужно внести в цепи приема.
4.  Фазовозбуждение для крайнего лепестка.
5.  Взаимное сопротивление излучения для центрального лепестка.

Исходные данные:

1. Сектор обзора

2. Рабочая частота

3. Предельная разрешающая способность по углу

4. Скорость распространения

Срок сдачи работы: до 15 декабря 2005 года.

ВВЕДЕНИЕ

Линейными называют антенны, два из размеров которых много меньше длины волны.

Линейные антенны подразделяют на непрерывные и дискретные. На практике, наиболее часто применяют линейные антенны вида отрезка прямой и эквидистантные решетки, а также антенны в виде окружности,  дуги,  эллипса .

Для решения ряда технических задач, например поиска или обзора пространства, нужны остронаправленные антенны больших размеров и тем больше, чем ниже рабочая частота. Изготовить приемоизлучающую поверхность антенны в виде сплошной поверхности больших линейных размеров трудно технологически, а в некоторых случаях невозможно. Поэтому такие антенны реализуют в виде набора отдельных (дискретных) преобразователей малых волновых размеров, и, следовательно, ненаправленных. С другой стороны , при таком построении антенны можно к отдельным её элементам подводить напряжения с различными амплитудами и фазами(в режиме излучения), т.е. можно получать ХН, не только с разной остротой, но и с различной ориентацией акустической оси, т.е. ориентировать главный максимум в желаемом направлении.

Наибольшее применение находят линейные(плоские) и цилиндрические(дуговые) дискретные антенны.

Антенна состоящая из произвольного числа n элементов, которые одинаково и синфазно колеблются и находятся друг от друга на расстояние d, имеем характеристику направленности описываемую выражением:

                                                                  (1)

Поскольку, технически механический поворот антенны затруднён, то искусственно поворот осуществляют с таким распределением фазовых распределений. Антенны с таким распределением называют компенсированными. Характеристика

направленности линейной дискретной компенсированной антенны примет вид :

                                             (2)

где  - угол компенсации.

Характеристика направленности такого вида обладает следующими свойствами :

1.  При      характеристика направленности обращается в единицу, т.е. в общем случае может иметь несколько единичных максимумов.
2.  При      характеристика направленности обращается в ноль.
3.  Если    , то получаем случай наличия только одного единичного максимума.
4.  Увеличение числа элементов антенны при фиксированном волновом периоде  и угле компенсации  не изменяет похождение единичных максимумов, но приводит к их обострению и увеличению числа боковых максимумов. При этом величина 1-го бокового максимума уменьшается и при  n > 6 приблизительно падает до .
5.  Ширина любого из максимумов существенно зависит от его положения в пространстве.

Коэффициент концентрации (КК) линейной эквидистатной решетки, состоящей из ненаправленных элементов, может быть определен как:

                  (3)

1.  РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АНТЕНЫ

                  1.1. Определение количества элементов и расстояния между ними.

d – расстояние между єлементами антенны ;

L – длина антенны ;

- сектор обзора ;

- угол компенсации ;

- предельная разрешающая способность по углу.

На рис.1 представлен гипотетический вариант статического веера.

1.  Рассчитаем углы для крайнего лепестка :

                                                  (1.1)

                                        (1.2)

                                        (1.3)

1.  Рассчитаем углы для нулевого лепестка, т.е. для случая когда :

                                              (1.4)

Для дальнейшего расчета необходимо определить n и d.

Так как по условию задачи нужно рассчитать параметры статического веера, лепестки которого перекрывают (дополняют) друг друга до уровня ХН равного 0,707.

Выражение для ХН линейной дискретной антенны имеет вид:

                                                             (1.5)

где                                                         (1.6)

Таким образом, для  получим:

                                                           (1.7)

где                                                     (1.8)

Чтобы избежать появления второго единичного максимума в ХН антенны необходимо, чтобы:

                                                              (1.9)

что аналогично                                                               (1.10)

                                          где  ,  

Подставим граничное  в выражение для ХН , получим:

                                             (1.11)

где                                                   (1.12)

     

Для определения количества элементов антенны решаем уравнение (1.11) графически.

                                                        рис.2.

С рис.2 видно, что n=20.

Зная количество элементов антенны найдём kd,  из выражения для ХН на уровне 0,707:

                                   (1.13)

где                                                     (1.14)

                                       

Решаем уравнение (1.13) графически.

С рис.3. видим, что kd = 2.97.А расстояние между элементами антенны найдём с выражения:

                                                  (1.15)

где с – скорость распространения ; - рабочая частота.

                      (м)

                                                       рис.3.

Подставим значения n и d в выражение (1.10) получим:

Условия для избежания появления второго единичного максимума в ХН антенны выполняется.

Длина антенны определяется выражением:

                                               (1.16)

L = 2.698 (м).

1.2 Расчет углов статического веера

1. Нулевой лепесток:

Для нулевого лепестка .

Острота направленности действия оценивается углом   :

                                        (1.17)

, а  

1.  Первый лепесток:

Согласно условию задачи

                                            

Расчет угла компенсации 1-го лепестка проводиться из выражения характеристики направленности на уровне 0,707:

                          (1.18)

где

рис.4.

Из пресечения графика (рис.4.) находим , что :

Находим :

                            (1.19)

Острота направленного действия:

1.  Второй лепесток :

ХН на уровне 0,707:

                                (1.20)

Из рис.3. находим:

   

Находим :

Острота направленного действия:

1.  Третий лепесток :

ХН на уровне 0,707:

                                (1.21)

Из рис.3. находим:

   

Находим :

Острота направленного действия:

5. Четвертый лепесток :

Аналогично предыдущим выкладкам находим :

Острота направленного действия:

6. Пятый лепесток:

Аналогично предыдущим выкладкам находим :

Острота направленного действия:

7. Шестой лепесток:

Аналогично предыдущим выкладкам находим :

Острота направленного действия:

8. Седьмой лепесток:

Аналогично предыдущим выкладкам находим :

Острота направленного действия:

9. Восьмой лепесток:

Аналогично предыдущим выкладкам находим :

Острота направленного действия:

Таким образом  так как :

что свидетельствует об окончании расчета параметров лепестков.

Таким образом, число лепестков вира составляет і = 10, включая нулевой и крайний.

    1.3. Коэффициент концентрации

Коэффициент концентрации линейной дискретной антенны определяеться выражением  :

                (1.22)

Согласно этому выражению рассчитаем КК для всех .

Для получим :

Таблица 1. Зависимость КК от :

			К
0	0	0,54837	18,96028
5,328	0,0928	0,54839	18,96024
10,7632	0,18675	0,5482	18,96059
16,2632	0,28005	0,54739	18,96204
21,8544	0,37225	0,54516	18,96604
27,7070	0,46495	0,54024	18,97489
33,8727	0,55735	0,53102	18,99151
40,4926	0,64935	0,51485	19,02072
47,7953	0,74075	0,48622	19,07264
55	0,81915	0,45347	19,1324

1.4. Расчет пространственного канала

Для крайнего лепестка рассчитаем время задержки  и разность хода  , которые определяются :

                                             (1.23)

                                                      (1.24)

где . Тогда :

i	1	2	3	4		5	6	7		8	9		10
	2.21	2.094	1.977	1.861		1.745	1.628	1.512		1.396	1.28		1.163
	1.473	1.396	1.318	1.241		1.163	1.086	1.008		0.9306	0.853		0.7755
i	11	12	13		14	15	16	17	18		19	20
	1.047	0.931	0.814		0.698	0.582	0.465	0.349	0.233		0.116	0
	0.6979	0.6204	0.5428		0.465	0.388	0.310	0.233	0.155		0.077	0

1.5 Расчет взаимного сопротивления

Взаимное сопротивление излучения 0-го лепестка определяется по формуле:

                                      (1.25)

1.6 Расчет фаз возбуждения

Для крайнего лепестка в режиме излучения фазы возбуждения определяются по формуле:

                                                  (1.26)

i	1	2	3	4	5	6	7		8	9		10
	28,651	27,143	25,635	24,127	22,62	21,112	19,604		18,096	16,588		15,08
i	11	12	13	14	15	16	17	18		19	20
	13,572	12,064	10,556	9,048	7,54	6,032	4,524	3,016		1,508	0

2. РЕЗУЛЬТАТИ  РАСЧЕТА

В результате расчета компенсированной линейной дискретной антенны с равноамплитудным распределением получено:

1. Число элементов антенны – n=20 ;

2. Расстояние между элементами – d=0.142 (м) ;

3. Число лепестков в статическом веере  – i=10 , с учетом 0-го лепестка.

Лепестки имеют параметры:

i	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
	0	5.3552	10.7632	16.2632	21.7168	27.7070	33.8727	40.4926	47.7953	55
	-2.664	2.664	7.992	13.5344	18.992	24.7168	30.6972	37.0482	43.937	50
	2.664	7.992	13.5344	18.992	24.7168	30.6972	37.0482	43.937	51.6536	40
	5.328	5.328	5.5424	5.4576	5.7248	5.9804	6.351	6.8888	7.7166	10

Таким образом, результаты расчета подтверждают, что с ростом угла компенсации расширяется эффективная ширина основного лепестка.

Статический вир состоящий из 19 лепестков позволяет в заданном секторе обзора  осуществлять приём с разрешающей способностью минимальной –  , максимальной - .

4. Коэффициент концентрации для всех лепестков:

	0	5.3552	10.7676	16.2665	21.9099	27.7695	33.9414	40.5664	47.8745	55
К	18,96028	18,96024	18,96059	18,96204	18,96604	18,97489	18,99151	19,02072	19,07264	19,1324

Таким образом, с увеличением угла компенсации коэффициента концентрации антенны увеличивается, что объясняется расширением эффективной ширины основного лепестка.

                   Рис.5.

Рис.5.  зависимость коэффициента концентрации от номера лепестка.

5. Время задержек для крайнего лепестка :

i	1	2	3	4		5	6	7		8	9
	1.473	1.396	1.318	1.241		1.163	1.086	1.008		0.9306	0.853
i	11	12	13		14	15	16	17	18		19
	0.6979	0.6204	0.5428		0.465	0.388	0.310	0.233	0.155		0.077

Таким образом, последний элемент антенны отстает во времени от 1-го на 1,473 мс.

6. Разность хода для крайнего лепестка:

i	1	2	3	4		5	6	7		8	9		10
	2.21	2.094	1.977	1.861		1.745	1.628	1.512		1.396	1.28		1.163
i	11	12	13		14	15	16	17	18		19
	1.047	0.931	0.814		0.698	0.582	0.465	0.349	0.233		0.116

Разность хода между 1-м и последним элементом составляет 2,21 м.

7. Взаимное сопротивление излучения 0-го лепестка :

     

8. Фазы возбуждения крайнего лепестка :

i	1	2	3	4	5	6	7		8	9		10
	28,651	27,143	25,635	24,127	22,62	21,112	19,604		18,096	16,588		15,08
i	11	12	13	14	15	16	17	18		19
	13,572	12,064	10,556	9,048	7,54	6,032	4,524	3,016		1,508

Максимальный сдвиг фаз между 1-м и последним элементом антенны – составляет  

9.  Характеристика направленности 0-го и крайнего лепестков антенны (см. рис.6.).

Как видно из приведенных графиков, при введении  расширяется ширина основного лепестка и сдвигаются основные лепестки ХН. Поскольку основные лепестки не перекрылись, то характер ХН не превратился в конический и не является воронкообразным.

 

Характеристика направленности антенны:

ХН антенны компенсированной на угол :

ХН 0-го лепестка :

Выводы

Расчет компенсированной линейной дискретной антенны с равномерным амплитудным распределением показал, что для того чтобы в режиме приема статическим веером на заданной частоте , в заданном секторе  осуществить прием с разрешающей способностью (максимальной)  необходимо:

1. Построить антенну с числом элементов n=20 и расстоянием между соседними элементами d=0.142. При этом длина антенны  составляет 2.698 м. Число лепестков веера составляет 19 во всем секторе обзора.

2. Максимальный коэффициент концентрации будет у крайнего лепестка, а минимальный у нулевого.

3. Характеристика направленности 0-го и крайнего лепестков будут отличатся шириной основного лепестка , а также его расположением на оси