Проектирование антенной решетки для радиолокатора
Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам,а также
промокод
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Введение
Решение большинства задач в военной и гражданской сферах c высокой эффективностью является невозможным без применения радиолокации. Радиолокация – это область радиоэлектроники, главная цель которой это обнаружение целей и определение её основных характеристик (координаты местоположения, скорость перемещения и размеры) [1]. Принцип действия РЛ базируется на физическом процессе рассеяния электромагнитных волн объектами, гидрометеорами и разнообразными неоднородностями в атмосфере, которые отличаются электродинамическими параметрами: диэлектрической и магнитной проницаемостями и проводимостью. Эффективность и качество РЛС напрямую зависит от её количественных характеристик. К ним относятся тактические и технические характеристики. Тактические параметры включают следующие характеристики [2]: – зона радиолокационного обзора – область пространства, в которой происходит излучение или прием отраженных электромагнитных волн. Данная зона ограничивается дальностью, а также угловыми координатами (по азимуту и углу места); – разрешающая способность РЛС – это минимальное смещение объекта относительной другой цели, при котором возможно раздельное измерение их основных параметров; – точность измерения; – помехоустойчивость – способность РЛС функционировать при наличии множества внешних помех. Технические параметры определяются техническими средствами, необходимыми для обеспечения определенных тактических параметров. К техническим параметрам обычно относят: – значение рабочей частоты и ее стабильность; – вид и параметры модуляции; – мощность передатчика и чувствительность приемника; – направленные характеристики антенных решеток (диаграмма направленности, коэффициент усиления); – массогабаритные размеры. Радиолокационные службы работают в СВЧ диапазоне. Это связано с тем, что для достижения максимальной зоны РЛ обзора, необходимо обеспечить высокий коэффициент усиления антенной системы. Увеличение КУ достигается за счет сужения главного лепестка диаграммы направленности. Для остронаправленных антенн длина рабочей волны должна быть намного меньше линейных размеров антенны. Системы РЛ имеют следующие требования [2]: – период обзора должен быть минимальным; – облучение цели должно быть достаточно длительным, чтобы энергия отраженной электромагнитной волны была больше энергии электромагнитных помех; – устройство сканирования должно быть механически простым и надежным, а антенная система должна иметь минимальные массогабаритные параметры, при обеспечении всех заданных электродинамических характеристик. Уменьшение массогабаритных параметров при сохранении заданных характеристик антенной системы осуществимо за счет использования метода изготовления антенн на печатных платах. Поэтому, в данной работе поставлена задача реализации микрополосковой (печатной) антенной решетки для осуществления радиолокации. В будущем предполагается использование спроектированного макета для ознакомления студентов с принципами работы радиолокатора. Микрополосковые антенны [3], изготовленные по печатной технологии, обеспечивают высокую повторяемость, низкую стоимость производства, малые металлоемкость и массу. МПА способны излучать и принимать электромагнитное поле с линейной, круговой и эллиптической поляризацией. Они допускают удобные конструктивные решения для обеспечения работы в двух- или многочастотных режимах и позволяют объединить многие элементарные излучатели (различной формы) в антенные решетки и разместить их на поверхностях сложной формы. МПА нашли своё применение во многих отраслях науки и техники, таких как военная и аэрокосмическая промышленности, навигация и радиолокация. Также они широко применяются в задачах радиопеленгации самолетов и других летательных средства, в наземных и бортовых РЛС. Кроме этого, в последнее время они также широко применяются в системах мобильной связи и сетях беспроводного доступа. Необходимость проведения работ обуславливается тем, что применение сложных антенн в виде решеток, состоящих из систем направленных излучателей, значительно расширяет возможности реализации требуемых характеристик. Стоимость, эффективность и габаритные параметры этих антенн зависят от конструктивных и электрических параметров антенных решеток, поэтому оптимизация их параметров в соответствии с предъявляемыми требованиями является актуальной задачей. Исходными данными для выполнения выпускной квалификационной работы являются: 1) Диапазон частот: 5,15–5,35 ГГц. 2) Требуется осуществить проектирование антенной решетки, используя традиционные микрополосковые излучатели. Данная решетка будет предназначена для радиолокации и установлена на радиолокаторе. 4) Материал диэлектрической подложки FR-4, с диэлектрической проницаемостью 4.4 и толщиной 1 мм. 5) Минимальное значение коэффициента усиления 15 дБ. 6) Максимальные геометрические размеры антенной решетки 7λ×7λ, где λ – это длина волны.
Основные особенности РЛС и их антенных комплексов
Основные принципы для обработки РЛ информации могут быть сформулированы следующим образом [4]: 1) При обнаружении, наличие объекта определяется по факту приёма отраженной электромагнитной волны от цели. В зависимости от способа получения электромагн...
Открыть главуИсследование основных характеристик микрополосковых антенн
В качестве исходных данных представлен диапазон сверхвысоких частот, в которых распространяются сантиметровые радиоволны. Расчеты будут вестись исходя из величины средней частоты рабочего диапазона, а именно 5,25 ГГц. Предлагается использовать тради...
Открыть главуМоделирование антенной решетки
Для моделирования основных электродинамических характеристик микрополосковой антенной решетки была выбрана среда моделирования Ansys HFSS [13], которая предназначена для анализа СВЧ структур, в том числе, антенн и невзаимных устройств, содержащих фер...
Открыть главуЗаключение
В процессе выполнения выпускной квалификационной работы было проведено исследование основных характеристик микрополосковых антенн, рассмотрены виды излучателей, а также проведен расчет параметров микрополоскового излучателя. В результате проведения исследований были получены начальные теоретические результаты и расчеты основных параметров проектируемой антенной системы. В последствии, данные расчеты были использованы для моделирования антенной решетки в программном комплексе Ansys HFSS для подтверждения расчетных результатов и проведена их оптимизация. Также приведена технико-экономическая оценка проекта, в которой рассчитаны примерные затраты на производство разрабатываемой антенной решетки.
Список литературы
1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебник для вузов. – М.: Радиотехника, 2004. 2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. – М.: Советское радио, 1975. 3. Романова М. П. Проектирование полосковых устройств СВЧ: учеб. пособие //Ульяновск: УлГТУ. – 2001. – Т. 123. 4. Ботов, М. И. Основы теории радиолокационных систем и комплексов : учеб. / М. И. Ботов, В. А. Вяхирев ; под общ. ред. М. И. Ботова. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2013. – 530 с. 5. Белоус А.И., Мерданов М.К., Шведов С.В. СВЧ-электроника в системах радиолокации и связи. Техническая энциклопедия / Москва: Техносфера, 2016. – 688 с. 6. Устройства СВЧ и антенны : учебник / А. А. Филонов, А. Н. Фомин, Д. Д. Дмитриев [и др.] ; ред. А. А. Филонов. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 492 с 7. Вендик О. Г. Антенны с немеханическим движением луча: Введение в теорию. – Советское радио, 1965. — 360 с. 8. http://www.rusarmy.com/pvo/rls.html 9. Малорацкий Л.Г. Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях / Л.Г. Малорацкий, Л.Р. Явич. − М.: Сов. радио, 1972. – 232 с. 10. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / Под ред. В.И. Вольмана. − М.: Радио и связь, 1982. – 328 с. 11. Панченко Б.А. Микрополосковые антенны / Б.А. Панченко, Е.И. Нефедов. − М.: Радио исвязь, 1986. – 144 с. 12. C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 3rd ed., Wiley, 2005. 13. https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss 14. Pandhare R. A., Zade P. L., Abegaonkar M. P. Miniaturized microstrip antenna array using defected ground structure with enhanced performance //Engineering science and technology, an international journal. – 2016. – Т. 19. – №. 3. – С. 1360-1367. 15. О. Г. Алексеева. Методические указания по экономическому обоснованию выпускных квалификационных работ бакалавров: Метод. указания, СПб.: Изд-во СПбГЭТУ “ЛЭТИ”, 2013.
