close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Курсовой проект РЛС

код для вставкиСкачать

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики" МГТУ МИРЭА
Факультет радиотехнических и телекоммуникационных систем
Базовая кафедра №333 Курсовой проект на тему
Исследование фазового пеленгатора с использованием фазоамплитудного преобразования Выполнил: Конкин Д.В. Группа РС-2-08
Преподаватель Петров И.А.
Москва 2012
Содержание
Задание ...................................................................................................................3
Введение..........................................................................................................4
1. Расчет основных устройств..................................................................................7
2. Расчет антенны....................................................................................................................8
3. Моделирование работы фазоамплитудного преобразователя ................................................9
Выводы ..............................................................................................................13
Список литературы..............................................................................................................14
Задание Исследовать принцип действия радиопеленгатора с использованием фазоамплитудного преобразования, рассчитать основные устройства и проанализировать результаты выходных сигналов от угла пеленга.
Исследование провести со следующими параметрами радиопеленгатора:
Рабочая частота - 6ГГц
Предельный угол обзора - 90 градусов
Прямое фазоамплитудное преобразование с использованием СВЧ-устройств
Введение
Суть фазового метода пеленгации основана на измерении разности проходимых расстояний двух лучей от пеленгуемого источника (рис.1). Рис 1. К пояснению фазового метода пеленгации
Пусть имеется две антенны - А3, называемая опорной, и А2, называемая измерительной. Расстояние Б2 между антеннами называется базой. Расстояние до источника излучения предполагается много больше базы, и поэтому ход лучей вблизи пеленгатора можно считать параллельным. Тогда луч L2 пройдет расстояние, на l2 большее, чем расстояние, которое пройдет луч l3. Следовательно, на измерительную антенну А2 луч l2 придет с некоторой задержкой. Эта разница расстояний, а, следовательно, и задержка времени распространения луча l2 зависят от угла прихода излучения. Поэтому эта задержка и несет в себе информацию, которую требуется извлечь из сигнала.
Реально измеряется фазовый сдвиг между сигналами, приходящими на разнесенные в пространстве антенны А2 и А3. Поэтому весь процесс пеленгации фазовым методом сводится к измерению фазового сдвига между сигналами каналов опорной и измерительной антенн и последующей обработкой полученных значений для перевода их в углы пеленга.
Итак, из рисунка 1 видно, что расстояние l2, проходимое первым лучом равно
(1)
Или учитывая что , (2)
Разность фаз между первым и вторым лучом составляет
(3)
Реально получается измерить разность фаз только в пределах диапазона . Этот факт иллюстрирует рис. 2. Видно, что при измерении фазы в диапазоне , измеренное значение фазы соответствует реальному положению цели. При выходе за пределы области однозначности, делается ошибочный вывод о направлении на цель, появляется повторение фазовых значений, лежащих в рабочем диапазоне.
Рис 2. К вопросу о появлении неоднозначности
при измерении фаз
Диапазон возможных значений однозначно измеряемых пеленгационных углов, задается значением расстояния разнесения антенн - базой. Действительно, подставляя (1) в (3), получаем что
(4)
Учитывая, что максимальное значение разности фаз при однозначном измерении составляет , то приравнивая (4) к , получаем
Отсюда или (5)
График этого соотношения приведен на рисунке 3 для длины волны . Из него видно, что для увеличения диапазона однозначно определяемых углов требуется уменьшать расстояние базы. Однако это уменьшение ограничено размерами самих антенн и также ведет к ухудшению точности при значительных отношениях сигнал/шум на входе пеленгатора.
Рис 3. Зависимость максимального однозначного угла пеленгации от базы антенной системы
Для борьбы с явлением неоднозначности вводят еще одну или более антенн. Первая (основная) в таком случае служит для грубого определения пеленга, вторая и последующие - для более точного, но неоднозначного. На рис.1 такая антенна отмечена обозначением A1.
Существует множество различных методов измерения фазы, которые обладают теми или иными достоинствами и недостатками.
К числу основных из них можно отнести:
-осциллографический метод, -метод компенсации фазы, -метод преобразования интервала времени в напряжение, -цифровой метод подсчета количества импульсов, -метод измерения фазы с преобразованием частоты, -квадратурный метод измерения фазового сдвига, -синхронное детектирование, -метод преобразования Фурье с последующим извлечением фазовой составляющей.
1. Расчет основных устройств
Учитывая то, что рабочая частота рассчитываемого пеленгатора лежит в СВЧ диапазоне, то для измерения разности фаз можно использовать фазоамплитудный преобразователь на ответвителях. Так как входные мощности сигнала малы, ответвители могут быть в выполнены в печатном исполнении. Схема такого преобразователя показана на рис. 4.
Рис. 4. Принципиальная схема фазоамплитудного преобразователя
По сути, он представляет собой 3 канальный фазовый детектор, реализованный на направленных ответвителях. В связи с тем, что чтобы получить ослабление -3дБ линии ответвителя должны быть расположены ближе чем 80мкм друг от друга. Это условие трудно выполнить технологически, поэтому используются два последовательно включенные 6-децибельные ответвителя.
Входные делители Д1-Д3 обеспечивают разветвление сигнала с канала антенны на два самостоятельных канала для сравнения с двумя соседними. На вход первого ответвителя поступает сигнал с первого и второго каналов. На выходе ответвителя амплитуда сигнала будет зависеть от фаз входных сигналов. К выходным портам устройства могут быть подключены детекторные головки с последующим подключениям к портам микроконтроллера, осуществляющего пересчет амплитудных соотношений на портах в численные значения пеленгационного угла и преобразование данных в пригодную для визуализации форму.
Ширина полосковой линии определяет ее импеданс, поэтому, варьируя ширину линии, можно осуществлять ее настройку. Для линий ответвителей оптимальная ширина - 0,372мм. При этом КСВ по входу и выходу составил 1,0999.
2. Расчет антенны
Антенна должна обладать равномерной ДН в пределах рабочего диапазона углов и иметь резкий спад за его пределами. Последнее свойство требуется для того, чтобы "отфильтровать" направления, при приеме сигнала с которых начинается повторение фазовых углов на входе приемного тракта.
Согласно заданию, рабочий диапазон углов РЛС составляет 90 градусов. Это достаточно широкая диаграмма направленности. Поэтому выберем обыкновенный полуволновый диполь, и отсечем заднее полупространство экраном. См. рисунок 5.
Рис 5. Внешний вид антенны
Диаграмма направленности в Е и Н плоскостях показаны на рисунке 6.
Рис.6 Диаграмма направленности антенны в Е плоскости (красный) и Н плоскостях (синий)
Диаграммы направленности антенны получены с помощью программы Ansoft HFSS.
3. Моделирование работы фазоамплитудного преобразователя
Для моделирования используется программа MicrowaveOfice. Программа позволяет провести схемотехническое моделирование схемы с полосковыми устройствами, которые рассчитываются электродинамическими методами.
Для имитации фазовой задержки во входных сигналах, в канальные цепи включены линии, изменяя длину которых можно задавать тот или иной фазовый сдвиг. На схеме для этого сформирован отдельный блок PhaseBlock.
Рис.7 Схема модели схемы в программе MicrowaveOfice
Блок Schematic4 имитирует антенные каналы. Усилитель AMP компенсирует 6 дБ ослабление в блоке Schematic4.
Блоки Schematic1 представляют собой полосковые двойные ответвители. Схема оттого блока показана на рисунке
Рис.8 Блок ответвителей
Для однозначного измерения угла одной парой антенн при угле обзора 90 градусов и частоте 6 ГГц база должна быть:
Сознательно выберем базу больше требуемой длины для однозначного определения угла Длину второй базы выберем вдвое больше основной Тогда, согласно формулы (4), диапазон изменения фазовых углов между основной антенной и базой ; А для широкой базы
; Рис.9 Зависимость фазового сдвига на входе каналов относительно опорного при длине волны 5 см и базах - 5см (синий) и 10см (красный)
Таблица 1
0510152025303540450316393123152180206231255063125186246304360413463509-3,2-1,5-0,5-0,35-0,73-1,74-3,11-1,83-0,89-0,43-3,2-6,3-11,9-19,5-11-6,1-3,72-5,87-9,71-16,2-7,9-12,1-10,5-2,97-13,2-10,3-3,7-9,69-16,8-6,49-1-0,5-0,77-3,87-0,55-0,69-3,11-0,76-0,41-1,58-1-1,5-0,59-0,37-3,94-18,9-3,25-17,5-5,62-1,04-7,9-6,3-11,6-19,6-2,65-0,38-3,27-0,42-1,73-8,07
505560657075808590276295312326338348355357360552590624653677695709717720-0,35-0,52-0,89-1,14-1,89-2,43-2,87-3-3,21-18,4-12,3-8,69-6,57-5,15-4,18-3,59-3,44-3,22-4,41-9,48-18,9-12,9-7,89-5,49-4,09-3,44-3,22-2,57-0,91-0,36-0,5-1,05-1,75-2,49-3-3,22-0,38-0,55-0,91-1,41-1,95-2,38-2,81-3,22-3,22-18,4-12,4-8,75-6,47-5,07-4,28-3,68-3,22-3,22
-5-10-15-20-25-30-35-40-45-31-63-93-123-152-180-206-231-255-63-125-186-246-304-360-413-463-509-6,24-11,9-19,9-11-6,13-3,56-5,88-9,73-16,3-1,51-0,59-0,37-0,75-1,72-3,26-1,82-0,9-0,45-0,59-0,8-3,22-0,57-0,73-3,24-0,81-0,43-1,61-12-10,5-3,58-13,3-10,4-3,29-9,74-17-6,45-6,41-11,8-18,7-2,67-0,41-3,28-0,44-1,75-8,14-1,5-0,63-0,39-3,97-19-3,62-17,5-5,64-1,05-50-55-60-65-70-75-80-85-90-276-295-312-326-338-348-355-357-360-552-590-624-653-677-695-709-717-720-18,7-12,5-8,79-6,63-5,18-4,22-3,64-3,48-3,27-0,37-0,56-0,93-1,39-1,92-2,46-2,89-3,03-3,23-2,59-0,94-0,4-0,53-1,08-1,78-2,52-3,04-3,24-4,4-9,46-18,7-13,1-7,98-5,63-4,16-3,5-3,29-18,5-12,6-9,17-6,53-5,16-4,38-3,78-3,32-3,32-0,39-0,57-0,9-1,46-2-2,44-2,88-3,29-3,29
В таблице 1 приведен результат моделирования для данного случая. Значения углов прихода пересчитаны в фазовые углы 2 и 3 каналов относительно первого. Углы даны в градусах.
На рисунке 10 по данным таблицы 1 построены графики выходных уровней сигнала на портах.
Рис.10 Зависимость выходных уровней сигнала от пеленга
Выводы
В ходе проведения настоящей работы установлено, что использование схемы сравнения фаз между каналами позволяет расширить диапазон измеряемых пеленгационных углов при использовании тех же баз.
В диапазоне СВЧ фазовый детектор удобно выполнить на полосковых ответвителях. Это позволит сократить число навесных элементов, что уменьшит габаритные размеры устройства и упростит технологический процесс изготовления.
Из рисунка 10 видно, что каждому углу пеленга соответствует уникальная комбинация выходных уровней сигнала на портах. Также следует отметить, что выходные уровни сигналов каждой пары портов симметричны относительно вертикальной оси "сигнал".
В ходе проведения данного эксперимента удалось увеличить базы в 2 раза, сохранив при этом однозначность измерения фаз приходящих лучей. За счет этого увеличилась точность измерения.
Список литературы
1. П.А. Бакулев Радиолокационные системы
2. М.Г. Малорацкий Проектирование и расчет СВЧ элементов на полосковых линиях
3. В.Б. Пестряков "Фазовые радиотехнические системы"
2
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
76
Размер файла
412 Кб
Теги
проект, рлс, курсовой
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа