АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра «Радиотехника»
Курсовая работа
По курсу
АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН.
«МАЛОШУМЯЩИЕ ОДНОЗЕРКАЛЬНЫЕ ПАРАБОЛИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ»
Выполнила:
студентка группы РРТу – 98 Саркеева Г. Ч.
Шифр 988705
Проверил:
доцент кафедры РТ Гончаров В.Л.
АЛМАТЫ 2000
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:
Частота сигнала генератора, подводимого к антенне f, ГГц 10.0
Ширина главного лепестка ДН на уровне половинной
,мрад
57
62
Уровень боковых лепестков, дБ -19
Тип облучателя Рупор конический
, м 11
ВВЕДЕНИЕ.
Данная курсовая работа посвящена расчёту зеркальных параболических
антенн, которые применяют в различных диапазонах волн: от оптического до
коротковолнового, особенно широко в сантиметровом и дециметровом
диапазонах. Эти антенны отличаются конструктивной простотой,
возможностью получения различных ДН, хорошими диапазонными свойствами и
т.д.
Существуют различные типы зеркальных антенн: параболические зеркала
(параболоид, усечённый параболоид и параболический цилиндр), сферические
зеркала, плоские и угловые зеркала, зеркальные антенны специальной
формы, двух- и многозеркальные антенны, зеркально-рупорные антенны.
Зеркальная параболическая антенна состоит из металлической поверхности,
выполненной в виде параболоида вращения и небольшой слабонаправленной
антенны – облучателя, установленной в фокусе параболоида и облучающей
внутреннюю поверхность последнего. Параболическая поверхность образуется
в результате вращения параболы с фокусом в точке F вокруг оси Z.
По заданию, я рассчитывала облучатель типа рупора конического. Такой
рупор на конце волновода позволяет получить пространственную ДН,
сравнительно симметричную относительно оси зеркала. Такой облучатель
имеет более узкую ДН, чем волноводный, и поэтому может применяться в
случаях более длиннофокусных параболоидов. Рупорный облучатель имеет
значительно меньшее излучение в обратном направлении, чем волноводный.
Применение рупорного облучателя с фазирующей секцией позволяет с помощью
зеркала получить вращающуюся поляризацию.
В данном курсовом проекте определение поля излучения параболической
антенны производится апертурным методом, широко применяемым при
проектировании зеркальных антенн. Технические параметры, заданные для
проектирования антенны, приводятся в соответствии с Регламентом
радиосвязи и отвечают практическим требованиям к современным системам
радиосвязи. Спроектированная, в соответствии с заданными параметрами
антенна может применяться в земных станциях магистральной спутниковой
связи (Орбита-2, Орбита-2М, Электроника 4-60, Электроника 4-90 и т. д.),
малых станциях для телефонии и передачи данных (VSАТ), системах
спутникового телевизионного вещания (Eutelsat, Галс,Теlecom IIA, B,
Tele-X, TVSat-2 и т.д.)
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВПАРАБОЛИЧЕСКОГО ЗЕРКАЛА
Определение диаметра раскрыва антенны.
Зеркальная антенна – направленная антенна, содержащая первичный
излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности
(зеркало).Параболическая зеркальная антенна представлена на рис. 1. В
случае равномерно возбужденного раскрыва параболического зеркала ширина
диаграммы направленности приближенно определяется:
, (1)
– ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности;
( – длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;
– радиус раскрыва зеркала (рис. 1)
Рис.1. Зеркальная параболическая антенна.
Однако, добиться равномерного возбуждения раскрыва практически не
удается. Известно, что коэффициент направленного действия зеркальной
антенны имеет наибольшую величину в том случае, если амплитуда
возбуждающего поля на краю раскрыва составляет не менее одной трети от
амплитуды поля в центре раскрыва.
Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому
расширению главного лепестка диаграммы направленности, так как
уменьшается эффективная площадь раскрыва. Кроме этого, необходимо иметь
в виду, что чаще всего диаграммы направленности зеркальных антенн не
обладают осевой симметрией, (большинство излучателей формируют
осенесимметричные диаграммы направленности), т.е. ширина главного
лепестка в плоскостях Е и Н различна. В большинстве практических случаев
это влечет за собой следующее изменение выражения (1):
(2)
(3)
– ширина диаграммы направленности соответственно Н и Е плоскостях.
для Н плоскости:
(м)
для Е плоскости:
(м)
, при, чем, из полученных двух значений диаметра выбираем наибольшее,
т.е.:
=0.63(м)
1.2 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.
), где n определяет степень вытянутости диаграммы направленности
облучателя).Для рупорных облучателей значения приводим в таблице ниже:
?
6 0.8…1 0.81
Расчет апроксимации диаграммы направленности облучателя приведен в
приложении.
, при различных n.
:
/(0.8…1.0)=0.315/0.9=0.35 (м)
может быть рассчитан на основе следующего соотношения:
=2 arctg(0.45)=48
РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРРИСТИК ОБЛУЧАТЕЛЕЙ.
Расчет 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.
Диаграмму направленности конического рупора рис(2) определяем как для
идеальной круглой излучающей поверхности радиусом a:
,
) – цилиндрическая функция Бесселя первого рода,
– волновое число.
Размеры оптимального конического рупора связанны между собой
.
Радиус апертуры рупора выбирается из соображений обеспечения на краю
раскрыва спадания амплитуды поля до 1/3.
Рис. 2. Апертурный облучатель в виде конического рупора.
Расчет диаграммы направленности облучателя приведен в приложении.
РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПАРАМЕТРОВ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ.
Инженерный расчет пространственной диаграммы направленности
параболической антенны 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 диаграммы направленности зеркальной параболической антенны
при этом имеет вид:
,
-цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка;
– коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего
поля, на краю раскрыва меньше амплитуды в центре раскрыва, в
соответствующей плоскости с учетом различий расстояний от облучателя до
центра зеркала и до края зеркала;
-амплитуды поля на краю и в центре раскрыва.
Расчет ДН выполнен на ЭВМ и приведен в приложении.
Приближенно коэффициент направленного действия зеркальной антенны
определяется выражением:
,
где S – площадь раскрыва;
– результирующий коэффициент использования поверхности.
С учётом того, что КПД зеркальной антенны примерно 0.9, можно рассчитать
её коэффициент усиления.
Коэффициент усиления антенны : G = КПД D.
Следовательно, коэффициент усиления антенны будет равен:
G=0.9*2425.5=2182.95.
4.КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ АНТЕННЫ.
4.1. Расчёт профиля зеркала
Зеркальные антенны имеют наибольший КНД при синфазном возбуждении
раскрыва (плоский фазовый фронт волны). Параболический профиль зеркала
обеспечивает одинаковые длины электрических путей от облучателя,
установленного в фокусе параболоида вращения, до каждой точки плоскости
раскрыва (свойство параболы). В полярной системе координат парабола
описывается уравнением:
полярные координаты, f –фокусное расстояние.
Расчет профиля и его графическое построение приведены в приложении.
4.2. Выбор конструкции зеркала.
С целью уменьшения веса и ветровых нагрузок поверхность зеркала часто
выполняется перфорированной, или сетчатой.
При такой конструкции зеркала часть энергии просачивается сквозь него,
образуя обратное, нежелательное излучение. Допустимым является значение
коэффициента прохождения в обратном направлении:
0.01…0.02,
при суммарной площади отверстий не более 0.5…0.6 всей площади зеркала.
.
4.3. Определение допусков на точность изготовления.
4. При этом уменьшение коэффициента усиления антенны не превышает
нескольких процентов.
, отсюда получаем:
.
, у кромки параболоида требования к точности получаются наименьшими.
Для центра параболоида:
(м)
У кромки параболоида:
(м)
.
. Тогда изменение фазы составит величину:
,
,отсюда получаем, что:
(м).
Таким образом, с увеличением угла разрыва точность и установка
облучателя в фокусе повышается.
П Р И Л О Ж Е Н И Е
Список использованной литературы.
Кочержевский Г.М.,Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства.
–М.:Радио и связь,1989г.
Хмель В.Ф.,Чаплин А.Ф.,Шумлянский И.И. Антенны и устройства СВЧ. –Киев.:
Высшая школа,1990г.
Патлах А.Л.,Гончаров В.Л. Антенны и устройства СВЧ. Задание и
методические указания к курсовой работе. Алма-Ата АЭИ,1987г.
СОДЕРЖАНИЕ.
Тeхническое задание 2.
Введение 3.
Определение геометрических параметров
параболического зеркала . 4.
1.1. Диаметр раскрыва зеркала 4.
1.2. Определение угла раскрыва и
фокусного расстояния 5.
2. Расчёт геометрических и электро-
динамических характеристик
облучателя 7.
3. Расчёт пространственной диаграммы
направленности и определение пара-
метров параболической антенны 8.
4. Конструктивный расчёт антенны. 9.
4.1. Расчёт профиля зеркала 9.
4.2. Выбор конструкции зеркала 9.
4.3. Определение допусков на
точность изготовления 9.
Приложение 11.
Список использованной литературы 12.
PAGE 6
PAGE 12
PAGE 13
облучатель
F
Зеркало
R0
lопт
ap
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
