Теоретическая часть

Неотъемлемыми составными частями современных радиотехнических средств являются антенные системы и обслуживающие их тракты СВЧ. Назначение передающей антенны состоит в преобразовании направляемых электромагнитных волн, распространяющихся от передатчика по линиям передачи тракта, в расходящиеся электромагнитные волны свободного пространства. Приемная антенна, напротив, преобразует падающие на неё свободные пространственные волны в направляемые по линиям передачи волны, поступающие в приёмный тракт.

К антеннам современных радиосистем предъявляется много требований, среди которых решающее значение имеют два. Первое требование - направленность действия, т.е. распределение электромагнитной мощности в пространстве (или реакция на приходящее электромагнитное поле при радиоприёме) по определённому закону. В одних случаях желательно обеспечить равномерность действия антенны по всем направлениям, в других требуется концентрировать излучение или осуществлять радиоприём в пределах достаточно узкого сектора - так называемого луча. Для формирования узкого луча размеры антенны должны во много раз превышать рабочую длину волны радиосистемы. Второе требование - излучение или радиоприём должны сопровождаться минимальными потерями электромагнитной мощности на нагрев проводников и диэлектриков антенны, т.е. антенна должна иметь высокий КПД. Проблема достижения высокого КПД особенно остро проявляется при создании антенн, размеры которых малы в сравнении с длинной волны.

Электрическим вибратором называют излучатель электромагнитных волн в виде тонкого проводника длины 2a и диаметра d, возбуждаемого в точках разрыва генераторов ВЧ. Вибраторы широко применяются как в качестве самостоятельных антенн, так ив виде элементов сложных антенных систем.

2a - длина вибратора

t - величина зазора

d - толщина вибратора

Под воздействием ЭДС генератора в вибраторе возникают продольные электрические токи, которые распределяются по его поверхности таким образом, что создаваемое ими электромагнитное поле удовлетворяет уравнениям Максвелла, граничным условиям на поверхности проводника и условию излучения на бесконечности. Вследствие осевой симметрии электрические токи на боковой поверхности проводника вибратора имеют только продольные составляющие, а на торцевых поверхностях - радиальные составляющие. На цилиндрической поверхности радиуса d/2, затягивающей зазор вибратора, наряду с фиктивными продольными электрическими токами существуют также фиктивные азимутальные магнитные поверхностные токи, эквивалентно заменяющие внутреннюю область зазора вместе с возбуждающим генератором.

С развитием различных радиотехнических систем и усложнением решаемых ими тактико-технических задач возрастают требования к антенным характеристикам, и в ряде случаев они становятся противоречивыми и совсем неразрешимыми при попытке разработать новые антенны по аналогии с существующими ранее и находящимися в эксплуатации. Например, стремление увеличить дальность действия и точность определения угловых координат в радиолокации приводит к требованию увеличения направленности антенн, что вызывает увеличение их размеров и масс. Увеличение скоростей полета летательных аппаратов приводит к необходимости увеличения скорости движению луча в пространстве. Совместить требования увеличения направленности и скорости движения луча в антеннах с механическим сканированием не представляется возможным из-за инерционности их конструкции. Подобное противоречия возникают и при попытках обеспечить одновременно высокую направленность и требуемые частотные, энергетические и пеленгационные характеристики. Эти обстоятельства заставляют отказываться от антенн традиционного типа для данного класса радиосистем и переходить к антенным решетках.

Применение сложных антенн в виде решеток, состоящих из систем слабонаправленных или направленных излучателей, значительно расширяет возможности реализации требуемых характеристик.

Система излучателей с электрически управляемым фазовым распределением - фазированная антенная решетка - осуществляет электрическое сканирование луча в пространстве со скоростью, которая может быть на несколько порядков выше скорости механически сканирующих антенн. Время установки в заданную точку пространства луча ФАР практически определяется быстродействием электрического фазовращателя или временем перестройки частоты при частотном сканировании и не связано с массой и с размерами антенны.

Вибраторные излучатели в ФАР обычно располагаются над плоской проводящей поверхностью, играющей роль экрана и предотвращающей обратное излучение. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что наиболее существенно на характеристики вибраторного излучателя в составе антенной решетки влияют два фактора: размещение излучателей в решетке и положение их относительно проводящего экрана. Уменьшение шага решетки приводит не только к подавлению высших дифракционных максимумов, но и позволяет улучшить согласование в широком секторе углов сканировании. Изменение высоты вибраторного излучателя над экраном приводит к улучшению согласования в крайних положениях луча при сканировании в E- и H-плоскостях. Параметром, который в значительно меньшей степени влияет на согласование в секторе сканирования, является длина вибратора, если начальное согласование осуществляется в направлении нормали к плоскости расположения излучателей.

Наиболее распространенными разновидностями ФАР являются эквидистантные линейные и плоские антенные решетки с бегущей волной тока.

В данной курсовой работе будет произведен расчет линейной эквидистантной решетки вибраторных антенн.