ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Расчет и моделирования ФВ на элементах с распределенными параметрами 6
1.1 Анализ исходных данных для разработки 6
1.3 Расчет и моделирование каскадов ФВ 7
1.3.1 Расчет и моделирования цепей питания 7
1.3.2 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 180° 9
1.3.3 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 90° 12
1.3.4 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 45° 15
1.3.5 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 22,5° 17
1.3.6 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 11,25° 20
1.4 Параметры всего устройства 22
2 Проектирование ФВ на пассивных элементах с сосредоточенными
параметрами 25
2.1 Особенности конструирования СВЧ ФВ на элементах с
сосредоточенными параметрами 25
2.2 Расчет и моделирование ФВ на пассивных элементах с
сосредоточенными параметрами 27
2.2.1 Расчет и моделирование цепей питания на пассивных элементах с
сосредоточенными параметрами 27
2.2.2 Расчет номиналов пассивных элементов с сосредоточенными
параметрами, составляющих каскады ФВ 28
2.2.3 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 180° на пассивных элементах с
сосредоточенными параметрами 31
2.2.4 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 90° на пассивных элементах с
сосредоточенными параметрами 33
2.2.5 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 45° на пассивных элементах с
сосредоточенными параметрами 35
2.2.6 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 22,5° на пассивных элементах с
сосредоточенными параметрами 37
2.2.7 Каскад ФВ с фазовым сдвигом 11,25° на пассивных элементах с
сосредоточенными параметрами 40
2.3 Параметры всего устройства 42
3 Изготовление макета и проведение измерений 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 53
ПРИЛОЖЕНИЕ А 54
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 55
Фазовращатель (ФВ) - это устройство, предназначенное для изменения фазы электромагнитной волны, которая поступает на его вход. ФВ один из основных элементов, требуемый для работы фазированных антенных решеток (ФАР). ФВ должны иметь минимальную величину ошибки установления фазового сдвига, минимальное затухание при прохождении сигнала в требуемом диапазоне частот, а также обладать малыми габаритами.
Исходными данными для работы являются:
- рабочий диапазон частот: от 430 до 440 МГц;
- максимальная величина фазовой ошибки при прохождении фазовращателя ± 2°;
- КСВ по входу и выходу не более 1,5;
- затухание сигнала при прохождении ФВ не более 3 дБ;
- минимальное значение фазового сдвига: 11,25°;
- максимальное значение фазового сдвига: 353,75°;
- число разрядов управления: 5;
- напряжение питание для активных элементов не более 5 В;
- габариты устройства: не более 10x10x5 см;
Работа над данной темой проводится с целью создания ФАР для работы в составе радиолокатора, используемого для метеорологического зондирования атмосферы Земли. Системы радиозондирования атмосферы предназначены для получения наиболее точной аэрологической информации о термодинамических параметрах свободной атмосферы, таких как температура, влажность, давление, направление и скорость ветра, а также для измерения специальных параметров (радиации, уровня промышленных выбросов газов, аэрозолей и т. п.) на высотах от уровня земли до 35-40 км. Аэрологическая информация используется для прогнозов погоды и климата, обеспечения полетов авиации, стрельбы артиллерии, ракетных войск, пусков ракет-носителей [1]. Для сбора аэрологической информации используются радиозонды, которые имеют на борту набор метеорологических датчиков, информация с которых, в процессе полета радиозонда, передается на наземную станцию. Наземная станция в свою очередь имеет вышеупомянутую ФАР, с более чем двумястами элементарными излучателями для обеспечения узкого луча диаграммы направленности и высокого коэффициента усиления. Для слежения за радиозондом в процессе полета в ФАР наземной стации осуществляется режим сканирования луча, реализуемый при помощи установки на каждый элементарный излучатель собственного фазовращателя, разрабатываемого в данной работе. Жесткое ограничение по максимальным допустимым габаритам обусловлено именно большим количеством элементов ФАР.
Получение новых и патентоспособных технологий не планируется. Для анализа фазовращателей используются векторные анализаторы цепей.
Таким образом, разработан пятикаскадный дискретный фазовращатель с требуемыми в техническом задании характеристиками. Для выполнения требований ТЗ по максимальным допустимым габаритам проектирование ФВ выполнено с применением пассивных элементов с сосредоточенными параметрами в качестве эквивалентов линии передачи с требуемой электрической длинной и волновым сопротивлением.
Поставленные задачи решены в полном объеме. По полученным результатам составлена электрическая принципиальная схема и перечень элементов, разработан макет.
Полученные результаты рекомендуется использовать при построение ФАР с большим количеством элементарных излучателей, а также в случае, когда к диаграммообразующим схемам предъявляются жесткие ограничения по габаритам.
Технико-экономическая эффективность внедрения может быть оценена в сравнении с методом построения ФВ на элементах с распределёнными параметрами. Так, стоимость, представленной в данной работе разработки, будет существенно выше, в связи с сильно большим количеством используемых пассивных элементов с сосредоточенными параметрами. Уменьшить стоимость разработки можно при помощи применения других схем построения ФВ, например, схемы типа «нагруженная линия», что потребует, как минимум в двое меньшее количество переключательных диодов.
Полученные при измерениях макета характеристики с незначительными отклонениями соответствуют полученным при моделировании.
