Разработка и рассчет для параболической антенны с заданными параметрами

Страницы работы

Фрагмент текста работы

длина волны для выбранного облучателя больше заданной волны, то выбранный рупор можно уменьшить в соответствии с принципом электродинамического подобия, как это показано в табл. 2.

Данные выбранного облучателя

Данные изменённого облучателя

Таблица 2. Основные размеры выбранного рупорного облучателя и изменённого.

babpapрупор.jpg

Рисунок 3. Основные размеры рупора.

Диаграмма направленности выбранного рупора по мощности показана на рис. 4, по амплитуде на рис. 5

После изменения размеров облучателя вышло несоответствие в размерах места стыка волновода и рупора, поэтому требуется разработка волноводного перехода. Переход выполняется в виде отрезка прямоугольного волновода, длиной λ /4, у которого на одном конце размер соответствует размерам волновода, а с другой размерам рупора.

4.  Расчёт основных геометрических размеров антенны

КНД определим из формулы:

;

Т.к. [5], где Sэф – эффективная площадь, которая определяется из формулы:

[5], где S – площадь зеркала, КИП=0,55 – 0,65 для параболоида вращения, тогда можно определить площадь раскрыва зеркала:

;

;

Определим радиус зеркала:

;

Найдём фокусное расстояние из формулы:

, где θ – угол засветки, определяющийся из ДН облучателя по мощности на уровне 0,1.

В декартовой системе координат параболоид вращения определяется уравнением (начало координат совпадает с вершиной параболоида): , где x=D/2=R.

зеркало.jpg

Рисунок 6. Размеры профиля зеркала.

Расстояние Z есть расстояние от края зеркала до облучателя, которое находится по формуле: .

Угол θ определяется по формуле:  

i

θ

1

0.028

0.002

16.10

2

0.055

0.008

31.15

3

0.083

0.017

45.35

4

0.110

0.031

58.28

5

0.138

0.048

69.72

Таблица 3. Расчёт координат точек построения параболоида в декартовой системе координат.

При помощи табл. 3 строим профиль зеркала рис. 7.

5.  Расчёт АР в раскрыве зеркала и его аппроксимация

АР рассчитывается по формуле: [1].

i

θ

F(θ)

G(θ)

1

16.10

0.940

0.922

2

31.15

0.790

0.733

3

45.35

0.610

0.519

4

58.28

0.450

0.343

5

69.72

0.316

0.212

Таблица 4. Амплитудное распределение зеркала антенны.

Аппроксимация АР для параболоидов вращения производится в программе AROUND:

Нормированное амплитудное распределение может быть представлено в виде пяти парциальных:

1-  равномерного с весом p1

2-  квадратичной параболы свесом p2

3-  квадратичной параболы в квадрате с весом p3

4-  квадратичной параболы в кубе с весом p4

5-  линейно убывающего до нуля на краю с весом p5

При подборе были выбраны веса:

p1=0.212

p2=0.208

p3=0.080

p4=0.400

p5=0.100

Сумма весов равна единице:

Xa

GI

GA

GI-GA

0

1

1

0

0,025

0,996

0,991

0,004

0,05

0,98

0,974

0,006

0,075

0,955

0,95

0,005

0,1

0,922

0,919

0,003

0,125

0,882

0,882

0

0,15

0,836

0,839

-0,003

0,175

0,786

0,791

-0,006

0,2

0,733

0,74

-0,007

0,225

0,679

0,687

-0,008

0,25

0,624

0,632

-0,007

0,275

0,571

0,577

-0,006

0,3

0,519

0,523

-0,004

0,325

0,47

0,471

-0,001

0,35

0,424

0,422

0,002

0,375

0,382

0,377

0,005

0,4

0,343

0,336

0,007

0,425

0,307

0,299

0,008

0,45

0,275

0,267

0,007

0,475

0,243

0,238

0,005

0,5

0,212

0,212

0

Таблица 5. АР интерполированное и аппроксимированное и их разница.

Рисунок 8. АР интерполированное и аппроксимированное.

Разница между интерполированным и аппроксимированным АР не превышает 0,009 значит удовлетворяет условие.

MGI

MGA

NGI

NGA

0.4776

0.4764

0.2738

0.2741

Таблица 7. Параметры введённого и аппроксимированного АР.

MGI – MGA, %

NGI – NGA, %

(MGI - MGA)/MGI

(NGI - NGA)/NGI

0.0012

-0.0003

0.25

-0.12

Таблица 8. Разность и отличие в процентах введённого и аппроксимированного АР.

Коэффициенты использования поверхности введенного АР КИПI=0,833 и аппроксимирующего АР КИПА=0,828.

Выбранному аппроксимирующему АР без учёта тени (доп. апертуры) соответствуют следующие значения коэффициентов:

- Расширения луча – КРЛ=1,17;

- Использование поверхности – КИП=0,828;

- KQ=69 в формуле для расчёта ширины ДН перед отношением длины волны к диаметру;

- Уровень бокового лепестка – УБЛ=0,0294 (отн.); УБЛ=-30,6 дБ.

6.  Расчёт ДН с учётом затенения зеркала облучателем

Расчёт ДН производится при помощи программы AROUND.

ДН без учёта тени F(θ) и с учётом тени Fт(θ)

θ

F(θ)

Fт(θ)

0

1

1

0,6

0,9909

0,9894

1,2

0,9639

0,9582

1,8

0,9202

0,9077

2,4

0,8616

0,84

3

0,7906

0,7581

3,6

0,71

0,6651

4,2

0,6229

0,565

4,8

0,5328

0,4614

5,4

0,4428

0,3584

6

0,3561

0,2595

6,6

0,2733

0,1654

7,2

0,2006

0,0833

7,8

0,1369

0,0122

8,4

0,084

0,0461

9

0,0417

0,0917

9,6

0,0101

0,1246

10,2

0,0114

0,1455

10,8

0,024

0,1556

11,4

0,0289

0,1567

12

0,0277

0,1505

12,6

0,0222

0,1391

13,2

0,0139

0,1244

13,8

0,0044

0,1082

14,4

0,005

0,092

15

0,0132

0,0771

15,6

0,0196

0,0645

16,2

0,0237

0,0545

16,8

0,0253

0,0475

17,4

0,0245

0,0434

18

0,0216

0,0417

18,6

0,017

0,0421

19,8

0,0114

0,0438

21

0,0008

0,0486

22,2

0,0513

23,4

0,0487

24,6

0,0395

25,8

0,0262

27

0,0109

28,2

0,0035

Таблица 9. ДН антенны без учёта тени и ДН с учётом тени.

При расчёте ДН с учётом тени требуется ввести диаметр тени, который определяется из площади:

;

;

;

;

.

Рисунок 9. ДН антенны без учёта тени и ДН с учётом тени.

Значение θ на уровне 0.707: без учёта тени Δθ=7,2°; с учётом тени Δθ=6,7°.

Т.к. значение θ на уровне 0.707 с учётом тени не удовлетворяет техническое задание, то следует изменить геометрические размеры антенны так, чтобы ДН удовлетворяла ТЗ.

7.  Внесение коррекций в размеры антенны

Для расширения ДН следует уменьшить диаметр зеркала с 276 мм до 230, тогда радиус будет равен 115 мм, а для того, чтобы АР имело пьедестал, равный 0,316 угол засветки уменьшим до 60º, в этом случае фокус будет равен:

.

При таком значении фокуса и θ геометрические размеры и АР примут вид:

i

θ

F(θ)

G(θ)

1

0.023

0.0013

13.12

0.96

0.947

2

0.046

0.0052

25.88

0.84

0.798

3

0.069

0.0120

38.10

0.70

0.625

4

0.092

0.0210

49.35

0.56

0.462

5

0.115

0.0330

59.77

0.42

0.316

Таблица 10. Расчёт координат точек построения параболоида в декартовой системе координат.

По данным из табл. 10 строим параболоид вращения рис. 10.

Аппроксимация АР производится в программе AROUND:

При подборе были выбраны веса:

p1=0.316

p2=0.319

p3=0.060

p4=0.305

p5=0.000

Сумма весов равна единице:

Xa

GI

GA

GI-GA

0

1

1

0

0,025

0,999

0,997

0,002

0,05

0,992

0,987

0,005

0,075

0,973

0,97

0,003

0,1

0,947

0,947

0

0,125

0,915

0,919

-0,004

0,15

0,879

0,886

-0,007

0,175

0,84

0,848

-0,009

0,2

0,798

0,807

-0,009

0,225

0,755

0,763

-0,008

0,25

0,712

0,718

-0,006

0,275

0,668

0,671

-0,003

0,3

0,625

0,625

0

0,325

0,583

0,579

0,004

0,35

0,541

0,535

0,007

0,375

0,501

0,493

0,008

0,4

0,462

0,453

0,009

0,425

0,424

0,416

0,008

0,45

0,387

0,381

0,006

0,475

0,351

0,348

0,003

0,5

0,316

0,316

0

Таблица 11. АР интерполированное и аппроксимированное и их разница.

Рисунок 11. АР интерполированное и аппроксимированное.

Разница между интерполированным и аппроксимированным АР не превышает 0,009 значит удовлетворяет условие.

MGI

MGA

NGI

NGA

0.5740

0.5721

0.3649

0.3642

Таблица 12. Параметры введённого и аппроксимированного АР.

MGI – MGA, %

NGI – NGA, %

(MGI - MGA)/MGI

(NGI - NGA)/NGI

0.0020

0.0007

0.35

0.20

Таблица 13. Разность и отличие в процентах введённого и аппроксимированного АР.

Коэффициенты использования поверхности введенного АР КИПI=0,903 и аппроксимирующего АР КИПА=0,898.

Выбранному аппроксимирующему АР без учёта тени (доп. апертуры) соответствуют следующие значения коэффициентов:

- Расширения луча – КРЛ=1,12;

- Использование поверхности – КИП=0,898;

- KQ=66 в формуле для расчёта ширины ДН перед отношением длины волны к диаметру;

- Уровень бокового лепестка – УБЛ=0,0539 (отн.); УБЛ=-25,4 дБ.

8.  Расчёт ДН с учётом затенения зеркала облучателем

ДН без учёта тени F(θ) и с учётом тени Fт(θ)

θ

F(θ)

Fт(θ)

0

1

1

0,8

0,9878

0,9858

1,6

0,9517

0,944

2,4

0,8939

0,877

3,2

0,8173

0,7884

4

0,7261

0,683

4,8

0,625

0,5664

5,6

0,519

0,4445

6,4

0,4132

0,3231

7,2

0,3123

0,208

8

0,2178

0,1009

8,8

0,1376

0,011

9,6

0,0709

0,0627

10,4

0,019

0,1186

11,2

0,0181

0,1567

12

0,0412

0,1782

12,8

0,0518

0,1847

13,6

0,0523

0,1791

14,4

0,045

0,1642

15,2

0,0327

0,1432

16

0,0178

0,1191

16,8

0,0025

0,0946

17,6

0,0112

0,072

18,4

0,022

0,0527

19,2

0,0292

0,0378

20

0,0325

0,0277

20,8

0,0319

0,0221

21,6

0,0281

0,0206

22,4

0,0218

0,0222

24

0,0139

0,0259

25,6

0,0027

0,0349

27,2

0,0395

28,8

0,0368

30,4

0,0259

32

0,0096

Таблица 14. ДН антенны без учёта тени и ДН с учётом тени.

При расчёте ДН с учётом тени требуется ввести диаметр тени, который

Похожие материалы

Информация о работе

Тип:
Практика
Размер файла:
274 Kb
Скачали:
0