Курсовая работа: Линзовая антенна РЛС и ППФ
(2.2)
где 
- угол
раскрыва.
После выбора облучателя
следует найти соотношение между радиусом линзы
и
фокусным расстоянием 
при помощи
следующего выражения
Для того чтобы
определить угол раскрыва 
необходимо вначале задаться
соотношением 
в пределах 
. Выберем его равным 0.7 и
определим угол раскрыва
,
Далее, пользуясь приближенными
соотношениями (2.1) , найдем размеры 
и 
, удовлетворяющие соотношению (2.2).
Таким образом, 
, 
Нормированные диаграммы направленности рупорного облучателя в плоскостях E и H представлены на рисунках 2.6 и 2.7, которые рассчитаны и построены при помощи приближенных соотношений 2.1.3
Рисунок 2.6 – Диаграммы направленности облучателя в плоскостях E и H
Рисунок 2.7 - Диаграммы направленности облучателя в полярной
системе координат
2.5 Расчет диаграммы направленности и коэффициента усиления
2.5.1 Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости
Диаграмма направленности антенны – это зависимость интенсивности электромагнитного поля, излучаемого антенной, или его отдельных компонент от угловых координат в пространстве.
Распределение амплитуд поля для цилиндрической линзы Люнеберга в плоскости пластин можно найти по следующей формуле:
,
(2.3)
где 
- ДН облучателя;
Зная амплитудное распределение поля для линзы, можно найти выражение диаграммы направленности
На рисунках 2.8 и 2.9 представлена нормированная диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости в декартовой и полярной системах координат
Рисунок 2.8 - Нормированная диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости в декартовой системе координат
Рисунок 2.9 - Нормированная диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости в полярной системе координат
2.5.2 Диаграмма направленности в вертикальной плоскости
Для расчета ДН в плоскости, перпендикулярной пластинам, можно воспользоваться формулой:
,
где 
- амплитудное распределение
вдоль оси z от центра линзы ( 
) до центра раскрыва (
, 
). Оно оказывается таким
же, как и на половине раскрыва вдоль оси x, и определяется выражением (2.3), где следует положить 
. Распределение фазы
описывается выражением:
На рисунках 2.10 и 2.11 представлена нормированная диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости в декартовой и полярной системах координат
Рисунок 2.10 - Нормированная диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости в декартовой системе координат
Рисунок 2.11 - Нормированная диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости в полярной системе координат
Рисунок 2.12 - Нормированные диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости в декартовой системе координат
Рисунок 2.13 - Нормированные диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости в полярной системе координат
2.5.3 Коэффициент направленного действия (КНД)
КНД характеризует способность антенны концентрировать излученное электромагнитное поле в каком-либо определенном направлении. Это понятие было введено в 1929 году А.А.Пистолькорсом. КНД – это число, показывающее, во сколько раз пришлось бы увеличить мощность излучения антенны при переходе от направленной к не направленной при условии сохранения одинаковой напряженности поля в месте приема (при прочих равных условиях):
,
где 
- мощность излучения
ненаправленной антенны;
- мощность излучения
направленной антенны;
За ненаправленную антенну принимают антенну, излучающую равномерно во все стороны (так называемый изотропный излучатель).
Окружим антенну сферой
достаточно большого радиуса так, чтобы напряженность поля на поверхности этой
сферы можно было рассчитывать как для дальней зоны. Поток мощности через
элемент 
поверхности сферы:
,
где 
- модуль значения
напряженности поляна элементе 
;
- плотность потока мощности в
свободном пространстве.
Мощность излучения для любой антенны может быть определена как поток мощности через всю поверхность S сферы, окружающей антенну, то есть как
Для ненаправленной
антенны 
независимо от
направления и мощность излучения
,
где 
- площадь сферы радиусом 
.
Напряженность поля, создаваемого направленной антенной,
,
где 
- напряженность поля в
направлении максимума излучения антенны;
- нормированная диаграмма
направленности.
Учитывая, что площадь
элемента сферической поверхности 
,
получаем выражение мощности излучения для направленной антенны
Таким образом, 
[2]
Из данного выше
определения КНД следует, что напряженность поля ненаправленной антенны
равняется напряженности поля в направлении максимума направленной антенны, то
есть что 
. Следовательно,
;
Определим КНД для каждой плоскости, а потом возьмем среднее геометрическое:
- в горизонтальной плоскости;
- в вертикальной плоскости;
.
Коэффициент направленного действия не учитывает потерь подводимой энергии в проводниках антенны, в изоляторах, в окружающих антенну предметах и в земле. В связи с этим вводится параметр, учитывающий эти потери, называемый коэффициентом усиления (КУ) антенны.
КНД и КУ связаны через КПД следующим соотношением:
КПД линзы, учитывающий потери в диэлектрике, определится по формуле:
,
где 
- коэффициент затухания;
- ширина линзы;
- тангенс угла диэлектрических
потерь.
Таким образом, КПД и КУ линзы равны
2.6 Расчет питающего волновода
В технике СВЧ в качестве канализирующих устройств широкое применение находят различные типы волноводов. Наиболее распространенными среди них являются волноводы прямоугольного и круглого сечений. Однако волноводы могут быть использованы не только для канализации электромагнитной энергии, но и для ее излучения.
Основным типом волны в
прямоугольном волноводе является волна 
,
структура которой представлена на рисунке 2.14
Рисунок 2.14 – Структура
поля в волноводе при волне типа 
Для прямоугольного
волновода с волной 
размеры сечения
определяются неравенствами 
; 
. Обычно берут 
; 
[1]
; 
Прямоугольные волноводы с
волной типа 
стандартизированы. Размеры
стандартного волновода 
мм
Критическая длина волны в прямоугольном волноводе рассчитываются по формуле:
м;
м
Зондовый переход, схема которого представлена на рисунке 2.15, по существу представляет собой несимметричную антенну (передающую или приемную в зависимости от направления распространения волны).
Рисунок 2.15 – Зондовый переход от коаксиального кабеля
к прямоугольному волноводу
Расчет зонда ведется из условия его согласования с коаксиальной линией и волноводом. Для этого воспользуемся системой уравнений:
(2.4)
где 
, 
- размеры волновода;
, 
определяют положение зонда
в волноводе;
- его длина;
Ом - волновое сопротивление
кабеля;
- волновое сопротивление
зонда;
, где 
-
радиус провода зонда.
Обычно диаметр зонда
берут 
; высоту зонда принимают 
, а 
. Определению в этом случае
подлежит 
, величину которого можно
найти из уравнений (2.4) [1].
м;
Ом;
см;
см;
см.
2.7 Расчет дальности связи с учетом атмосферы
В радиолокаторах приемная и передающая антенны обычно совмещены. В момент излучения приемник отключен от антенны. В промежутках между излучениями передатчик отключен от антенны, а приемник подсоединен к ней. Происходит прием отраженных сигналов. В этом случае
(2.5)
Формула (2.5) называется уравнением радиолокации [8].
Уравнение радиолокации
устанавливает связь мощности 
,
поступающей на вход приемника РЛС, с мощностью передатчика 
, отражающими свойствами
объекта 
и дальностью до него 
, свойствами реальной
трассы распространения радиоволн 
, длиной
волны 
и параметрами антенной
системы 
.
Множитель
, учитывающий влияние
атмосферы и земной поверхности на распространение радиоволн, связан с
множителем ослабления 
следующим
соотношением:
,
где
Принятая мощность с учетом влияния атмосферы
Вт
Таким образом,
км
2.8 Расчет ППФ и его АЧХ
Фильтры СВЧ применяют для частотной селекции сигналов, согласования комплексных нагрузок, в цепях задержки и в качестве замедляющих систем.
Фильтры являются обычно пассивными взаимными устройствами и характеризуются частотной зависимостью вносимого в тракт затухания. Полоса частот с малым затуханием называется полосой пропускания, а полоса частот с большим затуханием – полосой заграждения. По взаимному расположению полосы пропускания и заграждения принято выделять следующие типы фильтров: фильтр нижних частот (ФНЧ), пропускающие сигналы ниже заданной граничной частоты и подавляющие сигналы с частотами выше граничной; фильтры верхних частот (ФВЧ), пропускающие сигналы на частотах выше заданной и подавляющие сигналы других частот; полосно-пропускающие (полосовые) фильтры (ППФ), пропускающие сигналы в пределах заданной полосы частот и подавляющие сигналы вне этой полосы, полосно-заграждающие (режекторные) фильтры (ПЗФ), подавляющие сигналы в пределах заданной полосы частот и пропускающие сигналы вне этой полосы.
