Проектирование однозеркальной передающей антенны, выполненной в виде параболоида вращения, и с рупорным типом облучателя, страница 2

Распределение поля на излучающей поверхности зеркальной антенны описывается следующей функцией:

где - уровень поля на крае излучающей поверхности, относительно центра,

х- расстояние от центра до точки наблюдения,

n- целое число, опреде­ляющее скорость уменьшения амплитуды поля от центра к краям излучающей поверхности, зависит от типа облучателя.

Параметр  для передающих антенн обычно задается равным 0,25+0,30. Для  получения максимального КHД антенны. Будем использовать =0,25, а параметр n=2 (лучше всего апроксимируется).

5. Расчет диаметра большого зеркала.

Диаметр зеркала a выбирается по заданной ширине ХН проекти­руемой антенны и выбранному желательному распределению амплиту­ды поля на излучающей поверхности.

фокусное рас­стояние большого зеркала вычисляется по следующей формуле:

6. Расчет размеров излучающей поверхности облучателя

При расчете надо учитывать то, размеры излучающей поверхности b необходимо выбрать такие, чтобы на краю зеркала был уровень поля Δ = 0.25 . Таким образом

Выразим и найдем  из этой формулы 

Рассчитаем для плоскости Е.

где Т - линейная функция раз­мера излучающей поверхности облучателя в рассматриваемой плоско­сти (bi).

Найдем чему равно

Для того что бы найти Т₂ построим график   и посмотрим его значение на уровне 0.63

Волновое число:

 

Рассчитаем для плоскости H.

Находим аналогично как для плоскости Е

Для того что бы найти Т₂ построим график   и посмотрим его значение на уровне 0.63

В итоге получается что бы достичь уровень поля на краю зеркала равным 0.25 , а в центре 1, надо чтобы размеры излучающей поверхности были равны: b₁=305 см, а  b₂=2.22 см _.

 

 7. Расчет остальных размеров облучателя.

То есть необходимо определить волновод питающий рупор, и гулы раствора рупора. Чем длиннее рупор, тем ниже фазовые искажения, фазовыми искажениями можно пренебречь, когда они меньше 90.

Из уравнения

выразим  отсюда h₁

Это был расчет для Н плоскости, теперь произведем те же вычисления и для Е плоскости.

Из уравнения

Выражаем h₂

Далее необходимо обеспечить условие стыкования рупора с волноводом. Это условие выполняется, если верно уравнение.

где  b₀₁ и b₀₂ – размеры волновода

В данном случае уравнение не выполняется, так как получается, что

2.89*10^-3=2.45*10^-3

Что бы уравнение выполнялось надо увеличить длину рупора в той части, которая меньше, следовательно, следует увеличивать h₂ до величины равной 4.93*10^-3.

Что касается углов раствора рупора (), то они должны быть меньше 40 и должно выполняться уравнение:

Если это уравнение не выполняется, то следует увеличивать  .

Произведем расчет угла раствора для Е плоскости.

два вышесказанных условия выполняются при h₂=5,555 см и тогда

т.е.  следовательно  <40

Теперь рассчитаем углы для Нплоскости.

Для выполнения тех же выше оговоренных условия в Е плоскости h_1­  должно быть равно 8,9 см, в этом случае

Соответственно   <40, так же.

Так как мы изменили размеры рупора, то нам надо заново необходимо проверить выполняется  ли условие стыковки, если нет то  сделать так что бы оно обеспечивалось.

Подставляя заново полученные значения в уравнение стыковки получаем:

0,019=0,035

Стыковка будем выполнена  в том случае, если мы увеличим размеры h₁ до 14.2 см.

8. Расчет распределения поля на излучающей поверхности антенны и егоаппроксимация.

Рассчитаем и построим графики истинного распределения поляна S₁ по формулам:

=2arctg* (x/2f)

Построим в программе MathCad графики

Из построенных графиков видно, что лучшая аппроксимация распределения поля на излучающей поверхности наблюдается при n=2.

Расчет электрических характеристик антенны и уточнение ее размеров.

1.  Расчет характеристики направленности антенны

Характеристика направленности антенны рассчи­тывается по формуле:

где I_n+1 – функция Бесселя порядка n+1,  , k- волновое число колебаний

Вычислим вышеприведенную формулу, с учетом что  ,  получим

В задании требуется ширина ХН по мощности 1º на уровне 0,5. Для того что бы найти ее необходимо смотреть по уровню 0.7.  Построенная ХН имеет ширину приблизительно 1º и поэтому можно обойтись без уточнения геометрических размеров антенны.

2. Расчет коэффициента направленного действия антенны

Коэффициент направленного действия антенны (D) в рассмат­риваемом приближении пропорционален относительной (отнесенной к λ²) площади излучающей поверхности, т.к. увеличение ее относи­тельного диаметра влечет за собой уменьшение ширины ХН:

где  v-  коэффициентом использования площади антенны (КИП) мы будем считать, что она равен 81%, а S-площадь раскрыва антенны.

Надо отметить, что существуют факторы, не рассмотренные нами, но влияющие на электрические характеристики антенны. К ним относятся технические неточности профиля зеркал, «размытость» фазового цен­тра облучателя, , теневой эффект и некоторые другие. В рамках курсового проектирования мы не бу­дем рассматривать влияние этих факторов. Отметим лишь, что они в некоторой степени (обычно

небольшой) изменяют ХН и уменьшают КНД.

3. Расчет коэффициента бегущей волны.

Рассчитаем по формуле:

         

где К_отр – коэффициент отражения, который рассчитывается по следующей формуле:

Полученный коэффициент бегущей волны удовлетворяет требованиям технического задания, даже чуть лучше.

3. Заключение

В результате курсовой работы была спроектирована зеркальная передающая антенна, выполненная в виде параболоида вращения, и с рупорным типом облучателя, с рабочей частотой 10 ГГц, которая   удовлетворяет всем требованиям технического задания. Коэффициент бегущей волны антенны равен 95%. Так же был сделан эскиз антенны.