5.2 Многоканальные резонаторные делители мощности

Многоканальный делитель мощности можно построить на основе цилиндрического резонатора, по окружности которого расположены элементы связи с линиями передачи – например, волноводные линии, связанные с резонатором через щели (рис. 5.3).

Е сли щели являются вертикальными (параллельны образующим цилиндра), то в резонаторе должно возбуждаться колебание типа H_0n1. Связь радиуса резонатора R, его высоты L и длины волны λ дается соотношением:

, (5.3)

где А_0n – n-й корень производной функции Бесселя нулевого порядка.

Для элементов связи в виде поперечных щелей в резонаторе возбуждается колебание Е_0n0. Высота такого резонатора может быть взята произвольной, а радиус рассчитывается по формуле

, (5.4)

где В_0n – n-й корень функции Бесселя нулевого порядка.

Значение ряда корней дано в табл. 5.1.

Таблица 5.1

n	1	2	3	4
A0n B0n	3,832 2,405	7,016 5,520	10,173 8,654	13,324 11,792

5.3 Дискретные полупроводниковые фазовращатели

Управление лучом фазированной решетки осуществляется путем внесения необходимого сдвига в фазы токов элементов. В соответствии с формулой (2.1) необходимые сдвиги фаз между соседними элементами в строке и столбце определяются соотношениями:

, ,

где k=2π/λ – волновое число; d_x, d_y – периоды решетки по соответствующим координатам; θ₀, φ₀ – углы ориентации максимума диаграммы направленности решетки.

Плавное перемещение луча в секторе сканирования можно обеспечить используя аналоговые фазовращатели, но для управления они требуют трудно

---

реализуемых стабильных непрерывных сигналов, отличаются низкой временной и температурной стабильностью, большой массой и габаритами.

Лучшими характеристиками обладают дискретные фазовращтели. Они управляются постоянными напряжениями не требующими высокой стабильности, позволяют выровнять потери при различных фазовых сдвигах, обеспечивают управление большими уровнями СВЧ мощности. Наибольшее применение находят схемы с использованием p-i-n диодов, которые при подаче управляющего напряжения скачком изменяют активную составляющую полного сопротивления в широких пределах; реактивная же составляющая мала и почти не меняется. Таким образом, диоды играют роль безинерционных электронных ключей.

Имеется большое число схемных решений дискретных фазовращателей на p-i-n диодах удобных для реализации определенных фазовых сдвигов.

Дискретные фазовращатели состоят из нескольких каскадов, каждый из которых при подаче управляющего напряжения измеряет фазу волны на величину Δψ=2π/m, где Фазовращатели состоят из отрезков линий прередачи и электронных ключей на p-i-n диодах. В качестве линий передачи чаще всего используются волноводные или полосковые линии. Конструкции p-i-n диодов могут быть различными в зависимости от схемы включения (последовательные или параллельные ключи), типа линии передачи (волноводы, симметричные или несимметричные полосковые линии). Подробные сведения о них имеются в справочниках.

К наиболее часто применяемым дискретным фазовращателям относятся:

1 . Фазовращатель типа «периодически нагруженной линии».
Фазовый набег изменяется за счет включения в линию реактивности с помощью ключа. Реактивные нагрузки реализуются обычно в виде шлейфов, длина и волновое сопротивление которых выбираются из условия получения необходимой входной проводимости.

Расстояние между реактивностями, при указанном на рис. 4.4 способе включения ключей, выбирают равным l=λ_л/8, а входная проводимость шлейфов в замкнутом состоянии ключей и разомкнутом отвечала соотношению B

---

_{шл КЗ}=-В_{шл ХХ}.

,

где - волновое сопротивление линии шлейфа, а его длина. Величину фазового дискрета при этом можно рассчитать по формуле:

(5.5)

Подбирая и ρ/ρ_шл можно получить заданное значение .

В фазовращателях такого типа трудно получить фазовые сдвиги больше π/4 из-за возрастания КСВ.
2. Отражательные фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа.

Н аиболее употребительными в таких фазовращателях являются квадратный мост на полосковых линиях и щелевой волноводный мост.


ХХ


ХХ

Дополнительный фазовый сдвиг между входами 1 и 2 (см. рис. 5.5) определяется соотношением:

. (5.6)

Если в этой схеме используются короткозамкнутые отрезки, то они коммутируются параллельными ключами. Соотношение для расчета дискрета фазы, при этом, остается тем же.

Фазовращатели с развязывающими устройствами мостового типа наиболее приемлемы для реализации близких к π/2.

3
l₁
. Фазовращатели с переключением каналов.

В

---

l₂
приведенной схеме используются последовательные ключи. Возможны схемы и с параллельными ключами.

Ф
Рис. 5.6. ФВ с переключением каналовHHhhрррр
азовый дискрет определяется соотношением:

(5.7)

Подобные фазовращатели удобнее делать для >π/2. В этом случае разность плеч l₂ и l₁ будет удобнее реализовать.

6 Варианты заданий и методические указания.

Задания сгруппированы по 3 разделам, соответствующих типам антенных устройств. Номер варианта для студента определяется двумя последними цифрами номера зачетной книжки. В методических указаниях даны пояснения к выполнению отдельных пунктов работы.

6.1 Плоская антенная решетка с дискретным фазированием.

Исходные данные:

1. 
   Частота f, ГГц;
   
2. 
   Ширина ДН по уровню половины мощности в градусах;
   
3. 
   Уровень боковых лепестков -δ дБ;
   
4. 
   Максимальный угол отклонения луча при сканировании в конусе θ_m, в градусах;
   
5. 
   Мощность передатчика в импульсе Р, кВт;
   
6. 
   Тип излучателя.
   

Таблица 6.1

№ варианта	f, ГГц	Δθ0,5XZ	Δθ0,5YZ	- δ, дБ	θm	Р, кВт	Тип излучателя
00 03 06 09 12	1,0 1,3 1,5 1,7 2,0	20 15 15 5 10	10 15 10 15 25	20 25 30 15 20	35 20 30 20 40	0,5 1,0 0,3 0,9 0,2	Полосковый резонатор
№ варианта	f, ГГц	Δθ0,5XZ	Δθ0,5YZ	- δ, дБ	θm	Р, кВт	Тип излучателя
15 18 21 24 27	1,2 1,4 1,8 2,0 2,5	20 10 20 10 5	20 15 15 10 10	15 20 17 15 13	20 15 20 25 30	1,0 1,5 2,0 2,5 3,0	Симметрич-ный вибратор
30 33 36 39 42	2,0 2,5 3,0 3,5 4,0	6 8 10 7 5	6 4 12 15 5	25 21 20 20 23	25 40 30 30 20	2,0 2,0 5,0 3,0 3,0	Спиральная антенна
45 48 51 54 57	10,0 8,0 6,0 5,0 4,0	5 5 5 10 15	5 10 20 15 7	18 20 20 18 15	30 35 40 35 30	1,0 3,0 5,0 6,0 8,0	Диэлектри-ческая антенна
60 63 66 69 72	1,0 1,5 2,0 2,5 3,0	5 10 7 5 15	10 5 7 20 15	15 20 25 20 15	20 25 20 25 15	1,5 2,0 2,5 2,0 1,0	Директорная антенна
75 78 81 84 87	10,0 8,0 10,0 12,0 11,0	3 5 7 2 4	3 3 2 5 2	18 20 22 16 15	10 15 10 15 10	15 35 16 30 20	Пирами- дальный рупор
90 92 94 96 98	1,5 2,0 1,0 1,2 1,7	10 12 14 16 18	20 14 20 10 20	18 20 17 15 13	20 20 30 30 40	3,0 4,0 5,0 6,0 7,0	Полосковый вибратор
91 93 95 97 99	12,0 11,0 10,0 13,0 15,0	2 2 5 4 3	2 3 3 2 2	18 20 23 27 25	20 20 20 30 30	10,0 12,0 20,0 15,0 18,0	Щелевая резонатор- ная антенна

---

Выбрать и рассчитать:

1. 
   Параметры одиночного излучателя;
   
2. 
   Количество элементов и шаг решетки;
   
3. 
   Распределение возбуждения по элементам решетки;
   
4. 
   Схему питания и фазирования решетки, дискрет фазирования;
   
5. 
   Параметры линии передачи;
   
6. 
   Схему фазовращателя, тип диодов, основные конструктивные размеры фазовращателя;
   

7. Диаграмму направленности в главных плоскостях и диагональной плоскости для нормального и отклоненного луча при полученном алгоритме управления лучом.
Вычертить:

1. 
   Топологию или конструкцию фазовращателя с установленными диодами;
   
2. 
   Ячейку решетки с излучателем и фазовращателем.
   

Методические указания:

1. 
   Параметры одиночного излучателя нужно выбирать таким образом, чтобы ширина его диаграммы направленности по уровню -3 дБ превышала максимальный угол отклонения луча θ_mº;
   
2. 
   Шаг решетки (расстояние между соседними излучателями) выбирается с таким расчетом, чтобы побочный главный максимум решетки не выходил в главный лепесток одиночного излучателя при максимально отклоненном луче:
   

, (6.1)

где 2 -ширина по нулям ДН одиночного элемента;

3. 
   Исходя из заданного уровня боковых лепестков, можно, пользуясь табл. 3.1, выбрать закон распределения возбуждения (тока) по элементам решетки и размеры решетки, а следовательно, и количество элементов в строке или столбце. Следует отметить, что данные табл. 3.1 приведены для расрыва с непрерывным возбуждением. Однако антенная решетка (дискретно возбужденный раскрыв) обладает такими же свойствами в отношении ширины луча и уровня боковых лепестков, если межэлементные расстояния выбраны в соответствии с формулой (6.1);
   
4. 
   Схема питания должна включать в себя систему делителей мощности, обеспечивающих выбранное амплитудное распределение вдоль строк и столбцов. Если используются простейшие двоичные делители (см. раздел 5.2), то число элементов в строке или столбце должно составлять целую степень числа 2.
   
5. 
   Дискрет фазирования выбирается исходя из минимума каскадов фазовращателя и с учетом допустимого ухудшения направленных свойств решетки. На определение Δψ влияют три основных фактора [3]:
   

---

Смотрите также файлы

• Направление естественные науки и современный мир. Сколько в соке сока.docx

• История родов.docx

• Вопросы брифа с заказчиком с ответами.docx

• Методики, используемые в диагностике Методика Несуществующее животное.docx

• Проблемы и перспективы развития мцуис и мига.docx