43307

Расчет параметров компенсированной линейной дискретной антенны

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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.

Русский

2013-11-04

563 KB

10 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


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

11195. Система доказательства трудового стажа 132 KB
  Подтверждение трудового стажа является насущной проблемой большинства россиян. В жизни случается множество таких ситуаций, когда подтвердить трудовой стаж бывает очень затруднительно. Например, трудовая книжка утеряна. Такое обстоятельство влечет за собой неприятности, например, назначение пенсии меньшей, чем та, на какую граждане правомерно рассчитывали.
11196. Основы термодинамики. Применение І закона термодинамики и изопроцессам 364.5 KB
  Лекция 11 Основы термодинамики. План лекции Применение закона термодинамики и изопроцессам. Адиабатный процесс. Тепловые двигатели их КПД. Цикл Карно. Понятие об энтропии. Второе начало термодинамики. Применение  закона термодинамики и изоп...
11197. Электростатическое поле. Теорема Гаусса для потока вектора и ее применение для расчета полей протяженных зарядов в вакууме 501.5 KB
  Электростатическое поле План лекции Электрические заряды их свойства и классификация. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Поток вектора. Теорема Гаусса для потока вектора...
11198. Рекомендательная система на основе узорных структур 223.61 KB
  Программа, которая обрабатывает начальные данные и преобразовывает их в глобальные матрицы, с которыми работают все остальные программы. Программа, которая запускает методы с различными параметрами и сравнивает полученные результаты в терминах точности и полноты. Программа, реализующая алгоритм рекомендаций на основе узорных структур. Программа, которая реализовывала алгоритм Slope One. программа для вычисления точности и полноты.
11199. Совершенствование системы переподготовки пилотов на самолет ИЛ-114-100 в авиакомпании «Узбекские авиалинии» 3.64 MB
  Для обоснования необходимости разработки данной программы раскрыты приоритеты развития и обновления парка воздушных судов национальной авиакомпании (НАК) “Узбекистон Хаво Йуллари”, обоснована целесообразность замены Ан-24 самолетом отечественного производства Ил-114-100, подтверждена необходимость переучивания выпускников СПбГУГА
11200. Постоянный электрический ток, Правила Кирхгофа для разветвленных цепей 382 KB
  Постоянный электрический ток. План лекции: Сила и плотность тока. Электродвижущая сила и напряжение. Закон Ома. Сопротивление проводников. Последовательное и параллельное соединение проводников. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца. Правил...
11201. Контроль у сфері державного управління 24.94 KB
  Держава є одним із головних суб’єктів здійснення контрольної функції в суспільстві. Вона наділена реальними повноваженнями і має можливості для впливу на суспільство, в ході здійсненнія якого покладається і на результати контролю.
11202. Технология монтажа центробежного охлаждающего насоса пресной воды 2.38 MB
  По результатам расчета ходкости для заданного корпуса судна произведён альтернативный выбор ГД, для которого разработаны системы (топливная, масляная, охлаждения, пускового воздуха), обеспечивающие его надежную работу. Для этих систем определён состав и технические характеристики основного оборудования.
11203. Ливия в системе международных отношений в конце XX – начале XXI веков 226 KB
  Целью моей работы является рассмотрение вопроса Ливии в системе международных отношений, региональной и глобальной безопасности. Исходя из цели работы, я ставлю перед собой такие основные задачи, как: изучение истории государства Ливия; анализ кризисного государства и угрозы глобальной и региональной безопасности; рассмотрение потенциала Ливии