Тема: Разработка лабораторного макета многолучевой антенной решетки с матрицей Батлера

С момента изобретения радио антенная техника шагнула далеко вперед, открывая новые горизонты человечеству. При проектировании современных систем радиосвязи стремятся достичь оптимальной помехоустойчивости при заданной пропускной способности, либо увеличить пропускную способность при заданных требованиях к электромагнитной совместимости и помехоустойчивости.
Общей тенденцией развития антенн является увеличение количества подключаемых устройств при сохранении требуемого качества и предоставление нового, ранее недоступного, качества сигнала. Такое стало возможно благодаря распространению антенных решеток. Антенная решетка - это антенна, содержащая совокупность излучающих элементов, расположенных в определенном порядке, ориентированных и возбуждаемых так, чтобы получить заданную диаграмму направленности [1, с. 1].
Существует два способа обеспечения сканирования антенной решеткой. В первом способе движение луча обеспечивается механическим перемещением частей антенной решетки, изменяя направление главного максимума в пространстве или форму диаграммы направленности (далее - ДН). Достигается это за счет изменения геометрической формы возбуждающего радиоволновода или путем вращения всей антенной решетки. Из достоинств механического сканирования можно выделить высокую надежность и точность, среди недостатков - общая громоздкость и высокая масса системы.
Второй способ заключается в электрическом управлении амплитуднофазовым распределением токов или полей на излучающих элементах. Такой способ управления положением ДН носит название электрического сканирования, а антенная система - фазированной антенной решетки (далее - ФАР). Первая отечественная антенна с электронным сканированием была разработана коллективом специалистов под руководством Ю.А. Юрова в 1955 году в Ленинградском электротехническом институте [2]. Достоинствами антенн с электрическим сканированием являются быстрая скорость работы, малые массогабаритные характеристики, недостатками - сложность построения.
Перед антенными решетками ставится ряд важных задач: сканирование в широком секторе углов, получение ДН заданной формы, обработка информации с разных каналов, повышение надежностями радиосистемы вследствие параллельного действия многих элементов. В качестве современных антенных решеток, способных в должной мере решать поставленные задачи, выступают многолучевые антенные решетки (далее - МАР).
Обычно для создания необходимых фазовых распределений на излучателях МАР пользуются коммутируемыми фазовращателями, характеристики которых могут изменяться под воздействием управляющего сигнала. В данной работе используется диаграммообразующее устройство, составленное из направленных ответвителей с фазосдвигающими отрезками кабеля. Сканирование (изменение положения главного луча) происходит за счет подключения определенных входов схемы. Из недостатков данного метода сканирования можно выделить фиксированное положение луча, в отличии от метода с использованием фазовращателей, при котором положение луча изменяется за счет корректировки фазового сдвига на самом фазовращателе.
Главная цель данной выпускной квалификационной работы - определить, возможно ли использовать спроектированную антенную решетку в качестве лабораторного макета и предоставить методические указания по проведению лабораторной работы.
Купить

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был проведен ряд исследовательских работ, результатом которых стали методические указания по проведению лабораторной работы «Исследование многолучевых антенных решеток».
Было проведено исследование существующих вариантов построения матричной схемы Батлера, используемая схема отличается меньшим количеством входов для питания антенной решетки при таком же количестве излучателей. Кроме того, в схеме использовано меньшее число пересечений проводников, чем в аналогичных. Однако, сами же проводники, выполняющие функцию фазосдвигателей, не имеют возможности изменения сдвига фазы, это значение фиксировано, в отличии от схем с коммутируемыми фазовращателями. Был рассчитан и смоделирован двухшлейфный мост, используемый в качестве элемента диаграммообразующей схемы.
В практической части работы была спроектирована и изготовлена конструкция многолучевой антенной решетки, проведено исследование ее амплитудно-фазовых характеристик. Результаты показали небольшое несоответствие расчетных характеристик и экспериментальных, вызванное тем, что спроектированная ДОС отличается от теоретически рассчитанной и поэтому требует доработки.
Можно сделать вывод, что изготовленный вариант многолучевой антенной решетки пригоден к использованию в качестве лабораторного макета с учетом отклонения направленности главного лепестка ДН в среднем на 10°.
Купить