Проектировка параболической антенны при заданных значениях

Зная площадь антенны и её высоту, найдём составляющую L_y:

В плоскости вектора Н выберем угол засветки φ = 60⁰

Найдем фокус антенны:

В декартовой системе координат параболоид вращения определяется уравнением (начало координат совпадает с вершиной параболоида) x²=4fz

Найдем глубину зеркала:

где X=L/2, а Z есть расстояние от края зеркала до облучателя.

Расстояние от облучателя до раскрыва  антенны:

 

 

Рис. 5 Геометрические размеры антенны.

                                                   

Рис. 6  раскрыв зеркала в плоскости H

7. Расчет амплитудного распределения (АР) в раскрыве зеркала

Для полученных размеров антенны и ДН облучателя рассчитываем в программе Mathcad по следующей формуле: g(θ)=F_обл(θ)cos²(θ/2), где F_обл(θ)=cos^1.66(θ), т.к.

-10 = 20lgX

 lgX = -0.5

cosⁿ(60) = 0.316 , откуда n = 1.66

Чтобы представить АР как функцию координаты плоского раскрыва, воспользуемся уравнением параболы x²=4fz, откуда x²=221.6z. R=L/2=47.5 мм.

Возьмём 5 значений x, которые равны: 0.1R, 0.2R, 0.3R, 0.4R, 0.5R

Поочерёдно подставляя их в формулу , где f- фокус антенны, вычисляем значения АР, для соответствующих углов, по формуле .

θ˚	13˚	26˚	38.2˚	49.6˚	60˚
АР	0.945	0.795	0.599	0.401	0.237

Используя программу Rektangl,найдём аппроксимацию АР.

При этом я выбрал следующие значения весов:

р₁= 0.237 – равномерное АР

р₂= 0 – перевёрнутое параболическое АР

р₃= 0.41– косинусоидальное АР

р₄= 0 – перевёрнутое параболическое во второй степени АР

р₅= 0.3 – косинусоидальное во второй степени АР

p₆= 0.053 – треугольное АР

00.1                      0.2                          0.3                        0.4                    0.5

Рис. 7  АР в плоскости вектора H.

При этом можно определить апертурный КИП, которые представляет собой  линейную комбинацию  парциальных КИП (КИПi) со своими весами (Δi)

В плоскости вектора Н антенная решётка создаёт равномерное АР

КИП = 1

В плоскости вектора E:

	GI	GA
M	0.674	0.674
N	0.515	0.515
КИП	0.882	0.883

X/L	0	0.04	0.06	0.08	0.1	0.13	0.16	0.2	0.26
GI	1	0.989	0.978	0.964	0.945	0.907	0.863	0.795	0.68
GA	1	0.988	0.976	0.960	0.941	0.905	0.863	0.797	0.684

X/L	0.3	0.36	0.4	0.43	0.46	0.5
GI	0.599	0.538	0.401	0.548	0.299	0.237
GA	0.503	0.541	0.403	0.348	0.297	0.237

8. Расчет ДН без учета тени.

ДН является линейной комбинацией соответствующих парциальных ДН (Fi) с теми же весами, умноженными на параметр амплитудного распределения (Mi),

Произведём расчёты ДН в программе Rektangl, а построение – в программе MathCAD.

Для плоскости вектора E:

Lх=95мм

 Рис. 8 ДН в плоскости E

 

Θ	F(Θ)
0	1
2	0.987
4	0.969
6	0.93
8	0.878
10	0.796
12	0.72
14	0.64
16	0.543
18	0.463
20	0.38
22	0.297
24	0.226
26	0.152
28	0.098
30	0.05

Ширина ДН ΔΘ_E= 24.08

        Для плоскости вектора H:

Т.к. в данной плоскости равномерное распределение, то ДН будет иметь вид:

 Рис. 9  ДН  в плоскости H.

Θ	Fe(Θ)
0	1
0.1	0.981
0.2	0.945
0.3	0.847
0.4	0.778
0.45	0.712
0.5	0.648
0.6	0.523
0.7	0.389
0.8	0.248
0.9	0.127
1	0.015
1.1	0.083
1.2	0.15

Ширина ДН по уровню 0,707 ΔΘ_H=0.89

8. Расчет ДН с учетом  тени.

Рис. 10 Тень зеркала.

Итоговое амплитудное распределение представляется в виде суперпозиции двух  амплитудных распределений : .

Для прямоугольных раскрывов с разделяющимся по координатам АР g(X,Y)=g(X)g(Y) параметр М определяется тоже как произведение М = Мx*Мy, а параметры МX и MY имеют размерность длины. Обозначая размеры раскрыва и тени вдоль соответствующих осей через Lx , Ly и  tx , ty и придавая параметру  М, соответствующему тени, верхний индекс "Т", запишем ДН для плоскости XOZ

  ,  где 

Используя программу Rektangl рассчитаем ДН антенны с учётом затемнения.

Рис. 11 ДН  в плоскости Е  с учётом тени.

Ширина ДН по уровню 0,707 ΔΘ_Е=18.56

8. Расчет КИП антенны.

Полный КИП параболической антенны состоит из нескольких сомножителей: КИП=КИП_А* КИП_Р*КИП_Т,

Где КИП_А-КИП раскрыва апертуры.

КИП_Р- КИП рассеяния.

КИП_Т-КИП тени.

КИП_А=0.89

КИП рассеянья:

Используя программу MathCAD, вычислим:       

Для плоскости вектора Е:  КИП_Р=0.95

Для плоскости вектора Н:  КИП_Р=1

Среднее значение: КИП_Р=0.95

КИП тени.

Следовательно:

Для полученного значения КИП и площади антенны рассчитываем КНД:

Узел для разработки:

По техническому заданию проектируемая антенна должна быть  бортовой, т.е. она находит своё применение на различных передвижных объектах, например специализированных машинах, судах и т.д., для которых не требуется быстрое изменение направления ДН.  Для того чтобы иметь возможность применять её по назначению необходимо, обеспечить подвижность зеркала в нужной плоскости.  Для  обеспечения вращения зеркала установим ротор, который приводится в движении, через редуктор, электрическим мотором. Редуктор применяется для обеспечения плавности поворота зеркала антенны. Т.к. волновод, применяемый в  антенне прямоугольный, а для обеспечения нормальной работы антенны, во время  вращения,  необходимо не допустить разрыва   волноводного тракта, то применим на стыке подвижных частей волноводный переход из прямоугольного в круглый. Радиус круглого волновода выбирается из соотношения: , где  R - радиус волновода, откуда 10,85<R<14.17 [мм]. Волновод изготавливается из латуни. Облучатель крепится к зеркалу с помощью растяжек, материал для которых выбираются из условия радиопрозрачности, например  стеклотекстолит.  Расстояние между растяжками, для обеспечения достаточной прочности и жёсткости  изделия