Электрический и конструктивный расчет параметров антенны ЗССС. Расчет энергетических характеристик антенны, страница 3

Основные требования к ДН облучателя в оптимизированных антеннах (к которым можно отнести схему АДЭ), да и не оптимизированных, являются требование ее осевой симметрии и малой утечки энергии вне пределов главного лепестка.

Облучатели, предназначенные для двухзеркальных не оптимизированных и оптимизированных антенн, должны иметь ДИ с максимумами в направлении кромки малого зеркала и с небольшой впадиной в направлении его вершины. Близкую к такой ДН имеют расфазированные рупоры, с изломом конической образующей, с диэлектрической втулкой, рупор с импедансными структурами (с канавками по образующим конуса). Такого типа облучатели можно рекомендовать к использованию в двухзеркальных антеннах.

ДН расфазированных рупоров с гофрированными стенками можно приближенно рассчитать, зная геометрические размеры (радиус раскрыва, длину образующей конуса), а также суммарную расфазировку, возникающую в плоскости раскрыва. Расчет производится методами численного интегрирования

откомплекснойпеременнойнаЭВМизанимаетбольшойобъемработы. Поэтому еще более приближенно ДН круглого раскрыва радиуса ар можно рассчитать, если считать, что распределение в раскрыве рупора соответствует распределению поля в раскрыве круглого волновода с волной Н₁₁.

Расчетным путем будет получена ДН облучателя, она может иметь провал 2-3 дБ в центре. Задача

будет состоять в правильном расчете (подборе) геометрических размеров рупора.

Рассчитаем ДН облучателя в плоскости Е, воспользовавшись формулой:

,

где ар – радиус раскрыва волновода;

- лямбда функция первого порядка;

.

Расчет ДН облучателя в плоскости Н выполняется по формуле:

,

где - производная функции Бесселя первого порядка.

          Расчет ДН в ручную является весьма трудоемким процессом. Поэтому произведем расчет на ЭВМ в программе MathCad. Построение графиков осуществляется по нормированным значениям ДН. Результат расчета ДН в плоскости Е представлен на рисунке 2.2. Результат расчета ДН в плоскости Н представлен на рисунке 2.3. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.1

     Таблица 2.1

На уровне 0.316 определяем угол . Отсюда ширина главного лепестка . Уровень первого бокового лепестка в плоскости Е -18,4163 дБ, в плоскости Н – 27,9588 дБ.

Рисунок 2.2

Рисунок 2.3

2.7 Расчет амплитудного распределения в раскрыве зеркала антенны

          Как известно форму ДН антенны определяет амплитудное и фазовое распределение в раскрыве антенны. Обычно фазовое распределение близко к равномерному, а амплитудное сильно отличается от равномерного, но к нему стремятся приблизиться, так как при этом возрастает КИП антенны. Амплитудное распределение в раскрыве любой антенны определяется диаграммой направленности источника. Для двухзеркальной антенны это будет система облучатель (рупор) – малое зеркало. Амплитудное распределение будет определяться ДН облучателя и коэффициентом трансформации:

          Тогда амплитудное распределение определяется по формуле:

в плоскости Е и в плоскости Н. Расчет производится в программе MathCad. Нормированные графики амплитудного распределения представлены на рисунке 2.4 – в плоскости Е и рисунке 2.5 – в плоскости Н. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.2.

 Таблица 2.2

Рисунок 2.4

Рисунок 2.5

Видно, что амплитудное распределение не является равномерным, хотя и стремится к нему.

2.8 Расчет диаграммы направленности антенны

Полученному ранее истинному амплитудному распределению наиболее точно соответствует аппроксимирующее амплитудное распределение вида: . Нормированная ДН системы  в этом случае описывается равенством:

где a и  выбираются из таблицы при фиксированном значении КИП. При КИП = 0,68 а = 3,66,  = 0,3538;

. Рассчитанные значения ДН системы  сведены в таблицу 2.3.

Видно, что главный лепесток имеет провал в центре, а его ширина равна 28,74 ⁰, а уровень первого бокового лепестка составляет -17,077 дБ. Вывод: рассчитанная по исходным данным антенна АДЭ является короткофокусной узконаправленной, имеет КИП = 0,68, КПД = 0,825, характеризуется узким главным лепестком, и относительно низким уровнем боковых лепестков.

  Таблица 2.3

Рисунок 2.6