|
|
|
|
|
-Коэффициент использования напpяжения, B |
.986; |
|
|
-Напpяжение первой гармоники на коллекторе, В |
4.85; |
|
|
-Амплитуда 1-й гаpмоники коллекторного тока, А |
8.89E-003; |
|
|
-Постоянная составляющая коллекторного тока, А |
3.18E-003; |
|
|
-Мощность первой гармоники на выходе, Вт |
4.31E-002; |
|
|
-Мощность, потpебляемая коллекторной цепью, Вт |
1.90E-002; |
|
|
-Мощность, pассеиваемая на коллекторе, Вт |
4.72E-003; |
|
|
-КПД коллекторной цепи |
.852; |
|
|
-Управляющий заряд, нКл |
8.84E-016; |
|
|
-Минимальное мгновенное напряжение на эмиттерном переходе, В |
.998; |
|
|
-Постоянная составляющая на эмиттере, В |
.999; |
|
|
-Сопротивление коллекторной нагрузки, Ом |
1150.3; |
|
|
-Амплитуда первой гармоники суммарного тока базы учетом тока емкости коллекторного перехода, А. |
.013; |
|
|
-Сопротивление коррекции закрытого перехода, Ом. |
25.6; |
|
|
-Мощность, потребляемая цепью коррекции, Вт |
1.60E-008; |
|
|
-Входное сопротивление, Ом |
4.13; |
|
|
-Мощность, потребляемая на входе, Вт |
1.69E-002; |
|
|
-Мощность на входе, потребляемая каскадом, Вт |
1.69E-002; |
|
|
-Коэффициент передачи по мощности |
2.53; |
|
|
-Входная индуктивность, нГн |
1.00; |
|
|
-Входная емкость, пФ |
3770.5; |
|
|
-Усредненн. за период сопротивление коррекции, Ом |
12.8. |
На этот раз результаты расчета удовлетворяют требованиям оконечного каскада к мощности, то есть реализация предоконечного каскада на основе транзистора 2Т3124А-2 возможна.
7 РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Выходная колебательная система необходима для фильтрации высших гармоник на выходе усилительного каскада перед подачей полезного сигнала в антенно-фидерную систему. Кроме того она обеспечивает согласование источника с нагрузкой, то есть трансформирует резистивную составляющую сопротивления нагрузки RА в RЭК с одновременной компенсацией реактивной составляющей XА.
Исходными данными для расчета выходной колебательной системы служат: сопротивление нагрузки RА=75 Ом; эквивалентное сопротивление нагрузки, известное из расчета усилительного каскада, RЭК=45,3 Ом; рабочая частота fр=7,5 ГГц; требуемое затухание высших гармоник aф=50 дБ (современные требования на фильтрацию 40…80 дБ). Расчет произведем по методике изложенной в [6].
Наиболее интенсивными являются вторая и третья гармоники, именно их надо ослаблять в выходной колебательной системе.
Необходимый коэффициент фильтрации, который должна обеспечивать выходная колебательная система, можно найти из соотношения:
У фильтров Баттерворта и Чебышева минимальные потери, а следовательно максимальный КПД, достигаются при оптимальном числе звеньев (m=mопт), которое определяется только требуемым затуханием aф:
mопт=(0,05…0,1)aф=0,1·50=5
Выбираем фильтр Чебышева в виде двух последовательно соединенных П-цепочек (рис. 2.6.1)
Рис 2.6.1 – Эквивалентная схема ВКС.
Выходная колебательная система последовательно трансформирует сопротивление нагрузки сначала в R*Н, а затем в Rэк. Причем:
Для расчета LC элементов сначала рассчитаем вспомогательные величины R01 R02 соответственно для первой и второй П-цепочки. Причем R01 (R02) выбирают в 3…5 раз меньше по сравнению с наименьшим из сопротивлений Rэк и R*Н (R*Н и RА).
Рассчитаем сопротивления элементов цепи:
Исходя из найденных реактивных сопротивлений и рабочей частоты передатчика, найдем значения емкостей и индуктивностей элементов.
тогда:
Фактическая емкость C1 отличается от расчетной на емкость Сск известную из расчетов оконечного каскада, который нагружается на выходную колебательную систему, и так, С1=С1расч-Сск=0,67-0,08=0,59 нФ. Кроме того, емкости С21 и С22 собой образуют одну емкость С2=С21+С22=0,62+0,5= =0,112 нФ. Все остальные элементы сохраняют свои значения.
Рис. 2.6.2 - ВКС
Определим КПД системы. Коэффициент полезного действия первой:
и второй:
цепочек, где Q=500 добротность катушек индуктивности.
Определяем нагруженные добротности первой и второй П-цепочек фильтра:
Фактический коэффициент фильтрации первой и второй цепочки:
Общий коэффициент фильтрации:
то есть полученный коэффициент фильтрации удовлетворяет требованию на мощность побочного излучения.
8 РАСЧЕТ АНТЕННО-ФИДЕРНОЙ СИСТЕМЫ
В данном разделе произведем более подробный расчет антенно-фидерной системы.
Радиолокационная станция имеет две одинаковые однозеркальные параболические антенны. Определим их геометрические размеры.
Для начала определим тип фидера его шумовую температуру и КПД.
В качестве линии передачи выбираем прямоугольный волновод с сечением 2,8´1,3 см и коэффициентом затухания α=0,0794 дБ/м
Тафу=67°alф=67°·0.0794·30=160˚.
где lф-длина фидерой линии (принимаем расстояние от технического здание до шлюза, с запасом)
Тафу=290°(1-КПД); КПД=1-(Тафу /290°)=1-0,55=0,45
Вычисление шумовой температуры антенной системы выполняется по формулам
Та=Тафу+КПД·ТН.СР+КПД·То(1-a1+a1·u)=
=160+0,45·10+0,45·290(1-0,925+0,925·0,025)=177,3
Ta=177,3˚K
Т=Та+Тпр
T=2277,3˚K
Определим диаметр раскрыва зеркала. Ширина диаграммы направленности в случае неравномерного возбуждения раскрыва зеркала определяется:
Q0,5Е = 1,3l / l1
Q0,5H = 1,2l / l2
где 2Q0,5Н ,2Q0,5E – ширина ДН в плоскостях Н и Е соответственно, рад;
l - длина волны;
l1 и l2 – горизонтальный и вертикальный размеры антенны;
l1=1.3 l/Q0,5E=(1,3*3*108/7,5*109)/ 0,035=1,49 м
l2=1.2 l/Q0,5H=(1,2*3*108/7,5*109)/ 1,41=0,14 м
Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.
С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет:
Чувствительность g определяется формулой g=Sa2a3hg’
где первые четыре коэффициента не зависят от угла раскрыва Y0,а g’ вычисляется:
g’=ga1/(T1+КПД*Т0*(cosn+1Y0+u(1-cosn+1Y0)))
где Т1=Тпр+Т0(1-КПД)+КПД Тнср
Т0=290°К
u=(0.2-0.3)-коэффициент учитывающий “переливание” части мощности облучателя через края зеркала,
a1=1-cosn+1Y0
S=0,25pl1l2 - площадь апертуры зеркала
n=6 – число характеризующее тип облучателя, в данном случае пирамидальный рупор.n=0.81;
Строим график функции g(Y0) и по максимальному значению определяем угол раскрыва зеркала.
Рисунрк 8.1 – Зависимость отношения сигнал/шум от угла раскрыва
Из зависимости видно, что функция γ(Y0) достигает максимума при Y0=0,81 радиан (46˚).
Зная угол раскрыва и поперечные размеры можно найти фокусное расстояние зеркала:
Таким образом, основные геометрические размеры зеркала рассчитаны.
Рассчитаем геометрические и электродинамические характеристики облучателя.
Расчёт сводится к определению геометрических размеров облучателя, при которых уменьшение амплитуды поля на краю раскрыва зеркала происходит до одной трети амплитуды поля в центре раскрыва, и диаграммы направленности облучателя.
Рупор пирамидальный
Рисунок 8.2 – Облучатель. Пирамидальный рупор
Диаграммы направленности рупорной антенны рассчитываются по формулам:
В Е плоскости (Рис 2.7.3 а)
В Н плоскости (Рис 2.7.3 б)
Где β0=2π/λ – волновое число β0=2*3,14/(3*108/7,5*109)=157,1
а
б
Рисунок 8.3 – ДН облучателя: а – в Е плоскости; б – в Н плоскости.
Множители ap и bp в уравнениях диаграмм направленности – поперечные размеры рупора выбираются из условия спадания поля на краю раскрыва до одной третей по отношению к полю в центре раскрыва. В данном случае ap=5,15 см и bp=3,76 см.
Для оптимального рупора (наибольший КНД) продольные и поперечные размеры связаны между собой соотношениями:
в Е плоскости
в Н плоскости
Распределение поля в апертуре зеркала.
Расчёт распределения поля в апертуре зеркала осуществляется по следующим формулам:
Где F0(Ψ) - диаграмма направленности облучателя
Ψ0 – угол раскрыва
Ψ – текущий угол
Таким образом, поле в апертуре зеркала распределено по следующим законам:
в Е плоскости (рисунке 8.4 а)
в Н плоскости (рисунке 8.4 б)
а
б
Рисунок 8.4 – Распределение поля в апертуре зеркала: а – в Е плоскости; б – в Н плоскости.
Теперь рассчитаем пространственную диаграмму направленности и определим параметры параболической антенны.
Инженерный расчет пространственной диаграммы направленности параболической антенны часто сводится к определению диаграммы направленности идеальной круглой синфазной площадки с неравномерным распределением напряженности возбуждающего поля. В данном случае распределение напряженности возбуждающего поля в основном определяется диаграммой направленности облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид:
где J1 и J2 – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка;
k1=Екр/Еmax=cos2(Ψ0/2)Fобл(Ψ0) – коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего поля, на краю раскрыва меньше амплитуды в центре раскрыва, в соответствующей плоскости с учётом различий расстояний от облучателя до центра и края зеркала.
Таким образом, пространственная ДН принимает вид в плоскости Е рисунок 8.5 а. и в плоскости Н рисунок 8.5 б.
Рисунок 8.5 а – ДН антенны в Е плоскости.
Рисунок 8.5 б - ДН антенны в Н плоскости.
Таким образом, реальная ширина диаграммы направленности составляет: в горизонтальной плоскости 0,034 радиана или 1,97˚;
в вертикальной плоскости 1,54 радиана или 88,2˚;
что вполне удовлетворяет требованиям.
9 УТОЧНЕННЫЕ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС
В вышеприведенных пунктах дипломного проекта были рассчитаны основные тактико-технические характеристики радиолокационной станции обзора водной поверхности речного шлюза.
Теперь учтем влияние метеорологических условий среды на работу радиолокационной станции, а точнее, их влияния на характеристики обнаружения.
На пути распространения зондирующего и отраженного сигнала могут быть такие метеообразования как дождь или туман.
Из рисунков 5.6 и 5.7 [12] находим коэффициенты поглощения энергии радиоволн в различных средах. Зная длину волны l=4 см, зададимся наихудшими условиями: сильный дождь (16 мм/ч), туман с видимостью 30м и так же учтем затухание в кислороде. Поглощение энергии радиоволн с данной длиной волны в парах воды несущественно, поэтому его можно не учитывать.
В итоге суммарный коэффициент поглощения равен:
Общее затухание энергии на пути распространения, равном 2км (так как учитывается распространение сигнала от передающей антенны до цели и от цели до приемной антенны), составит 0,41 дБ или 1,01 раза.
Тогда мощность полезного эхо-сигнала на входе приемника составит:
где РSr – мощность сигнала на входе приемника без учета затухания при распространении, известно из главы 2.2; и отношение сигнал/шум составит:
где РNr – мощность шумов на входе приемника.
Зная отношение сигнал/шум и необходимую вероятность правильного обнаружения, находим из графика рис 4.3 [12] вероятность ложной тревоги, Рлт=1,1·10-4, что практически совпадает со значением в задании и не оказывает существенного влияния на параметры обнаружения.
Тактико-технические характеристики спроектированной радиолокационной станции сведены в таблицу 2.8.1.
Таблица 9.1 – Тактико-технические характеристики РЛС
Параметр
Значение
Дальность действия, м
1000
Вероятность правильного обнаружения
0,95
Вероятность ложной тревоги
1,1·10-4
Мощность передатчика, мВт
122
Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости, ˚
88
Ширина диаграммы направленности в горизонталной плоскости, ˚
1,97
Период обзора приемной антенны, с
1
Период обзора передающей антенны, с
45
Время обновления информации, с
45
Частота, ГГц
7,5
Раскрыв антенны в горизонтальной плоскости, м
1,4
Раскрыв антенны в вертикальной плоскости, м
0,04
Зона обзора по азимуту, ˚
90
ЭПР целей,
5
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.