проект_итог

1.

ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ ПРОГРАММЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО ТЕМЕ:
“ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ
МОДЕЛИРОВАНИЯ АНТЕННЫХ
СИСТЕМ”
Автор М.И. Козлов
1

2.

Создание любой антенной решётки всегда начинается с выбора
антенного элемента (АЭ). К основным характеристика любого
элемента являются:
1) Частотный диапазон
2) Коэффициент стоячей волны (КСВ)
3) Коэффициент усиления (КУ)
4) Форма диаграммы направленности (ДН)
Предварительное проектирование элемента было осуществлено в
среде разработки Antenna Magus. В качестве прототипа была
выбрана антенна типа Вивальди. Это копланарная
широкополосная антенна, которая может быть изготовлена из
цельного куска листового металла, печатной
платы или диэлектрической пластины, металлизированной с одной
или обеих сторон.
2

3.

Выбранная антенна обладает большой широкополостностью 700 3000МГц, что позволяет использовать её в любом современном сотовом
диапазоне частот.
Полученные размеры одиночного элемента составляют 450мм*250мм.
3

4.

Основные электрические характеристики АЭ
КСВ
КУ
ДН в азимутальной плоскости на частоте 2.4 ГГц
4

5.

Требования к антенной решётки:
КУ в диапазоне частот 700-1900МГц
- не менее
10Дби
КУ в диапазоне частот 1900-3000МГц - не менее
15Дби
Уровень боковых лепестков
- не
более13Дб
Количество антенных элементов
– не более 4
5

6.

Использование множителя решётки для предварительного
выбора расстояния между элементами
Расстояние 100мм
Расстояние 150 мм
Расстояние 200 мм
Как видим из ДН получение максимального КУ(самый узкий луч) и сохранение боковых лепестков в пределах 13дБ достигается при расстоянии 200мм. Это значения мы и возьмём за опорное.
Использование множителя решётки для предварительного выбора расстояния между элементами позволяет сократить время на разработку, но не учитывает взаимное влияние элементов.
Итоговую конфигурацию необходимо рассчитывать в полном объёме!!!
6

7.

Результаты расчёта электродинамической модели синфазной антенной решётки
КСВ элементов в составе решетки
КУ
ДН в азимутальной плоскости на частоте 2.4 ГГц
7

8.

Описанный выше подход можно считать корректным
только для проектирования СИНФАЗНЫХ антенных
решёток.
В случае разработки антенных систем с электронным управлением
диаграммой направленности необходимо учитывать, что для
каждого канала необходима установка своих амплитудно-фазовых
соотношений. Количество этих соотношений зависит от диапазона
частот и требуемых углов сканирования.
Разнообразие сканирующих антенных решеток
8

9.

Существующие усилители мощности и фазовращатели для передающих ФАР
могут быть чувствительны к избыточному уровню отраженной энергии.
В частности, происходит временное блокирование излучения в результате
перегрузки тракта передающего канала или же полный выход из строя
отдельных каналов изделия.
Типовым решением данной проблемы является применение специальных
устройств, позволяющих трансформировать паразитное обратное излучение
в тепловую энергию.
К основным недостатками таких устройств относят дополнительные потери
(уменьшение КПД), повышенный тепловой режим работы изделия, а также
частотная узкополость.
Варианты оборудования для отведения отраженной энергией
9

10.

Условная схема взаимодействия на примере 4-х
элементной кольцевой антенной решетки
10

11.

(1)
(2)
(3)
(4)
11

12.

(1)
(2)
(3)
(4)
12

13.

Для наглядного примера возьмём нашу спроектированную
антенную решётку, но с расстоянием между элементами – 15мм.
Как видно из графика взаимное влияние между элементами
очень сильное (развязка менее 15дБ между соседними
элементами) и неконтролируемое изменение амплитуднофазовых соотношений может привести к поломки всей
системы.
13

14.

КСВ с учётом разности в каналах
0град-90град-0град-90град
КСВ в синфазном режиме
Выводы:
Полученные результаты показывают о важности уже на стадии проектирования
ФАР не только отслеживать допустимые уровни ухудшения КСВ, но и подбирать
требуемые режимы сканирования с точки зрения работоспособности
передающего устройства.
Своевременное исключение критических режимов работы позволит упростить
конструкцию и повысить эффективность ФАР за счет исключения встроенных
блоков контроля над отраженной энергией (циркуляторов, ответвителей и т.д.).
14

15.

Выводы:
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что
рассмотренный способ оценки значения активного КСВ решетки
является корректным и реализуемым.
В целом, полученные результаты позволяют уже на стадии
проектирования ФАР не только отслеживать допустимые уровни
ухудшения КСВ, но и проверять реализуемость требуемых режимов
сканирования с точки зрения работоспособности передающего
устройства. Своевременное исключение критических режимов
работы позволяет упростить конструкцию и повысить
эффективность ФАР за счет исключения блоков контроля над
отраженной энергией (циркуляторов, ответвителей и т.д.).
15

16.

Спасибо за внимание!!!
16