МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
Целью выпускной квалификационной работы является разработка сканирующей антенной решётки, построенной на базе элементов
Обзор разработок широкополосных фазированных антенных решеток щелевых излучателей
Методика расчёта поля излучения антенной решётки
Модель антенны в программе FEKO
Диаграммы направленности излучателя с подключением питания к двум пластинам
Диаграммы направленности излучателя с питанием перекрестной линией
Зависимость от частоты КСВ
Конфигурации малоэлементных антенных решеток
ДН четырёхэлементной продольной антенной решетки
ДН четырёхэлементной поперечной антенной решетки
ДН четырёхэлементной поперечной фазированной антенной решетки
ДН четырёхэлементной продольной фазированной антенной решетки
ДН восьмиэлементной поперечной фазированной антенной решетки
ДН восьмиэлементной продольной фазированной антенной решетки
Заключение
4.14M
Категория: ЭлектроникаЭлектроника

Разработка и исследование антенной системы (широкополосная малогабаритная антенная решётка)

1. МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт радиоэлектроники и информационной безопасности
Кафедра «Радиоэлектроника и телекоммуникации»
Выпускная квалификационная работа на тему:
Разработка и исследование антенной системы
(Широкополосная малогабаритная антенная решётка)
Выполнил: Борсук К. В., гр. ИКС/м-31-оз
Руководитель работы: Сердюк И. В., к.т.н., доцент кафедры РТ

2. Целью выпускной квалификационной работы является разработка сканирующей антенной решётки, построенной на базе элементов

Вивальди.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить
следующие задачи:
— провести обзор разработок фазированных антенных решёток,
выполненных на основе щелевых и волноводных излучателей;
— проанализировать способы распределения питания в антенной
решётке;
— разработать методику расчёта характеристик элемента Вивальди и
антенной решётки, выполненной на его основе;
— провести расчёты характеристик элемента Вивальди и антенной
решётки, выполненной на его основе;
— провести исследование характеристик антенной решётки при
сканировании главным лепестком диаграммы направленности.

3. Обзор разработок широкополосных фазированных антенных решеток щелевых излучателей

4. Методика расчёта поля излучения антенной решётки

5. Модель антенны в программе FEKO

RM

6. Диаграммы направленности излучателя с подключением питания к двум пластинам

f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
f норм ( ),
дБ
135
–4 дБ
45
–8 дБ
150
30
165
180
195
–20 Б
30
0
345
210
330
225
300
255
270
285
6 ГГц
315
240
, град
300
255
f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
–8 дБ
150
30
165
–12 дБ
15
180
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
18 ГГц
, град
–12 дБ
15
195
315
240
–4 дБ
45
180
330
225
60
165
345
210
0 дБ
75
–8 дБ
–16 дБ
0
90
150
–12 дБ
15
105
120
–16 дБ
–20 Б
270
285
12 ГГц
, град
–16 дБ
–20 Б

7. Диаграммы направленности излучателя с питанием перекрестной линией

f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
f норм ( ),
дБ
135
–4 дБ
45
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
–8 дБ
150
30
165
–12 дБ
15
180
0
195
–8 дБ
150
165
–16 дБ
–20 Б
225
0
195
345
210
330
300
255
270
6 ГГц
285
330
225
315
240
315
240
, град
300
255
f норм ( ),
дБ
135
105
90
60
–4 дБ
45
–8 дБ
150
30
165
–12 дБ
15
180
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
18 ГГц
270
285
, град
0 дБ
75
120
, град
–12 дБ
15
180
345
210
30
–16 дБ
–20 Б
12 ГГц
–16 дБ
–20 Б

8. Зависимость от частоты КСВ

К СВ
4
3
К СВ
2.8
3.7
2.6
3.4
2.4
3.1
2.2
2.8
2
2.5
1.8
2.2
1.6
1.9
1.4
1.6
1.2
1.3
1
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
f , ГГц
Излучатель с подключением питания к двум
пластинам
1
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
f , ГГц
Излучатель с питанием перекрёстной
линией

9. Конфигурации малоэлементных антенных решеток

10. ДН четырёхэлементной продольной антенной решетки

f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
–8 дБ
150
30
165
–12 дБ
15
180
0
195
–16 дБ
–20 Б
165
0
210
270
285
6ГГц
–20 Б
330
225
315
240
300
255
–16 дБ
345
315
240
–12 дБ
15
180
330
225
30
195
345
210
–8 дБ
150
, град
300
255
270
285
, град
18ГГц
ДН восьмиэлементной продольной антенной решетки
f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
f норм ( ),
135
дБ
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
–8 дБ
–8 дБ
150
165
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
30
–12 дБ
–12 дБ
15
180
6ГГц
150
30
–16 дБ
–20 Б
165
15
180
0
195
–16 дБ
–20 Б
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
18ГГц

11. ДН четырёхэлементной поперечной антенной решетки

f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
–8 дБ
150
30
165
0
195
–16 дБ
–20 Б
6ГГц
270
285
–4 дБ
45
–8 дБ
30
180
–12 дБ
0
–16 дБ
–20 Б
345
210
330
225
315
240
300
255
60
15
315
240
0 дБ
75
165
330
225
90
195
345
210
105
120
150
–12 дБ
15
180
f норм ( ),
135
дБ
, град
300
255
270
285
, град
18ГГц
ДН восьмиэлементной поперечной антенной решетки
f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
f норм ( ),
дБ
135
105
90
0 дБ
75
120
60
–4 дБ
45
–8 дБ
–8 дБ
150
30
165
0
195
345
210
330
225
6ГГц
–12 дБ
15
180
315
240
300
255
270
285
, град
150
–16 дБ
–20 Б
30
165
–12 дБ
15
180
0
195
–16 дБ
–20 Б
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
18ГГц

12. ДН четырёхэлементной поперечной фазированной антенной решетки

f норм ( ),
120
дБ
105
90
1
75
60
0,8
135
45
0,6
150
f норм ( ),
120
дБ
105
90
1
75
60
0,8
135
45
0,6
30
0,4
150
30
0,4
165
6 ГГц
15
180
0
195
0,2
210
f норм ( ),
120
дБ 135
105
270
285
225
90
75
1
0,8
45
0,6
f норм ( ),
120
дБ 135
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
0,2
90
1
75
60
0,8
45
150
0,4
15
105
, град
285
270
0,6
30
180
300
255
60
165
315
240
, град
150
12 ГГц
330
300
255
0
345
315
240
0,2
0
195
330
225
15
180
345
210
165
0
30
0,4
165
15
0
180
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
0,2
0

13. ДН четырёхэлементной продольной фазированной антенной решетки

105
E , дБ
90
1
75
120
60
0,8
135
105
E , дБ
45
90
1
75
120
60
0,8
135
45
0,6
150
0,6
30
150
0,4
165
6 ГГц
15
180
0
195
0,2
0
0,4
165
180
270
285
105
90
75
225
120
315
240
, град
1
60
0,8
135
E , дБ
300
255
270
285
105
90
75
120
, град
1
60
0,8
135
45
45
0,6
0,6
150
150
30
30
0,4
0,4
165
12 ГГц
15
180
0
165
15
0,2
0
180
0
195
195
345
345
210
210
330
330
225
225
315
315
240
300
255
270
285
, град
0
330
300
255
0,2
345
315
240
E , дБ
0
210
330
225
15
195
345
210
30
240
300
255
270
285
, град
0,2
0

14. ДН восьмиэлементной поперечной фазированной антенной решетки

105
E , дБ
90
1
75
120
60
0,8
135
105
E , дБ
45
90
1
75
120
60
0,8
135
45
0,6
150
0,6
30
150
30
0,4
165
6 ГГц
15
180
0
195
0,2
0
165
180
270
285
105
90
75
120
225
315
240
, град
1
60
0,8
135
E , дБ
45
300
255
270
285
105
90
75
120
, град
1
60
0,8
135
45
0,6
150
0,6
30
150
0,4
165
12 ГГц
15
180
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
0,2
0
0
330
300
255
0,2
345
315
240
E , дБ
0
210
330
225
15
195
345
210
0,4
30
0,4
165
15
180
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
0,2
0

15. ДН восьмиэлементной продольной фазированной антенной решетки

105
E , дБ
90
1
75
120
60
0,8
135
105
E , дБ
45
90
1
75
120
60
0,8
135
45
0,6
150
0,6
30
150
0,4
165
6 ГГц
15
180
0
195
0,2
0
0,4
165
180
270
285
105
90
75
120
225
315
240
, град
1
60
0,8
135
45
E , дБ
300
255
270
285
105
90
75
120
, град
1
60
0,8
135
45
0,6
150
0,6
30
150
0,4
165
12 ГГц
15
180
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
0,2
0
330
300
255
0,2
345
315
240
E , дБ
0
210
330
225
15
195
345
210
30
30
0,4
165
15
0
180
0
195
345
210
330
225
315
240
300
255
270
285
, град
0,2
0

16. Заключение

В ходе выполнения выпускной работы проведено исследование характеристик малоэлементной
антенной решётки, выполненной на основе элементов Вивальди.
На основании проведенного обзора разработок широкополосных фазированных антенных решеток для
проведения исследований их характеристик в качестве первичного излучателя выбрана антенна Вивальди.
Представлен и проанализирован метод расчета характеристик излучения антенной решетки и входных
характеристик отдельных ее элементов — метод моментов. Для электродинамического моделирования
щелевых антенн и их решеток использовался программный пакет FEKO.
Показано, что при построении антенной решетки на базе излучателя Вивальди необходимо
пользоваться излучателем с подключением питания непосредственно к каждой излучающей части.
Показано, что продольная линейная антенная решетка на базе излучателя Вивальди формирует более
направленное излучение в Е-плоскости и обладает большим КНД по сравнению с поперечной линейной
решеткой.
Показано, что поперечная линейная антенная решётка излучателей Вивальди обладает худшей
направленностью по сравнению с продольной, однако позволяет лучше согласовать питающую линию со
входами антенны, а также должна обладать большими возможностями сканирования главным лепестком
диаграммы направленности, так как предельный угол сканирования непосредственно связан с шириной
диаграммы направленности элемента решетки и кластера всей решетки в целом.
Показано, что увеличение количества элементов в антенной решетке позволяет расширить пределы угла
сканирования главным лепестком диаграммы направленности.
Возможности сканирования главным лепестком поперечной антенной решетки значительно выше, чем
продольной.
В диапазоне частот 6 — 18 ГГц антенная решётка характеризуется стабильными характеристиками
излучения, качественным согласованием на входе с КСВ не более 2, линейной поляризацией поля излучения с
низким уровнем кроссполяризационной составляющей, а также позволяет осуществлять сканирование
главным лепестком ДН в секторе углов 140 градусов и более.
Таким образом, все поставленные задачи выполнены, цель выпускной квалификационной работы
достигнута.
English     Русский Правила