Зеркальная антенна с двухщелевым облучателем

Министерство образование РФ

Красноярский государственный технический университет

Кафедра РТУ и СВЧ

 

Курсовая работа

Зеркальная антенна с двухщелевым облучателем.

Пояснительная записка

            Руководитель работы _________________Саломатов Ю.П.________

                                                                  подпись                                Ф.И.О.

            Разработал студент    _________________ Поляков В.Н.___________

                                                        подпись                                      Ф.И.О.     

Красноярск, 2002.г

                                                   Содержание:                                             стр.

1.Задание на курсовой проект…………………………………………………………….  3

2.Результаты патентного поиска …………………………………………………………  3

3.Анализ задания на проект……………………………………………………………….  4

4.Расчёт антенно-фидерного тракта………………………………………………………  4

5.Оптимизазия геометрии антенны……………………………………………………….  6

6.Нахождение распределения поля в апертуре зеркала………………………………….  8

7.Нахождение параметров аппроксимирующего выражения…………………………… 9

      7.1.Расчёт нормированной ДН…………………………………………………………10

      7.2.Нахождение параметров антенны………………………………………………….12

8.Построение профиля зеркала……………………………………………………………..12

9.Рассчет ступенчатого перехода в волноводе…………………………………………….12

10.Методики экспериментальных исследований антенны……………………………….13

  Выводы……………………………………………………………………………………...16

        Приложение 1…………………………………………………………………………..17

        Приложение 2…………………………………………………………………………..18

    Литература………………………………………………………………………………...19

1.Задание на курсовой проект.

Задана зеркальная антенна с двухщелевым облучателем.

Центральная частота антенны:                                                                               f=27,6 ГГц

Значение ширины диаграммы направленности по уровню половинной

  мощности (для зеркальных антенн значения ширины ДН равны в Е и Н):  

Все дополнительные данные, необходимые для расчетов выбираются в ходе расчёта.

2.Результаты патентного поиска.

1). 12А321П. Зеркальная система с диэлектрическим наполнителем. Dielectric-supported reflector system; пат. 5426443 США, МКИ Н 01 19/14/ Jenness James R. (Jr) - №182778; Заявл. 18.1.94; Опубл.20.6.95; НКИ 343/781Р

     Изобретение относится к зеркальным антенным системам с несколькими зеркалами – отражателями эл.-магн. колебаний для излучения волн СВЧ и диапазона ММВ. Устройство содержит диел. наполнитель в виде некоторого тела, одна из поверхностей которого соответствует поверхности зеркальной антенны в виде поверхности тела вращения определённой формы (например, в виде параболоида вращения). Поверхность покрыта полотно прилегающим к ней электропроводным слоем , образуя первое зеркало системы. С противоположной стороны от первого зеркала на плоской поверхности диэл. наполнителя расположен соосно с первым зеркалом выступ, поверхность которого также представляет собой поверхность тела вращения. К указанной поверхности также плотно прилегает эл.- проводящий слой, образуя второе зеркало системы (меньшее по размерам). В центре первого зеркала проводящий слой на диэлектрике удалён и в этом месте к диэл. наполнителю прикреплён облучающий рупор. Возможны различные варианты устройства,

в которых реализуются антенная система Кассегрена, системы с плоскими зеркалами и т.д. Ил. 8. Библ. 8.   /В. М. Мещанкин/

2).12А16П. Решетка антенных облучателей из гофрированных рупоров. Corrugated feed

horn array structure: пат. 5426442 США, МКИ Н 01  13/00/ Haas Robert W.: Aero jet-General Corp/ -№ 24079; Заявл. 1.3.93; Опубл. 20.6.95; НКИ 343/778

     Изобретение относится к облучателям многолучевых антенн миллиметрового или субмиллиметрового диапазонов волн , выполненных в виде решетки облучателей, которые располагаются в фокальной плоскости антенн или АР. Предложенная решётка облучателей содержит блок высоко направленных гофрированных рупоров. При этом конструкция блока такова, что каждый из рупоров имеет требуемое поперечное сечение, выдержанное с высокой точностью, причём все рупора оказываются установленными в строго заданных положениях и ориентации друг относительно друга. Структура решетки облучателей, выполненной в виде единого блока, состоит из множества тонких пластин, скреплённых вместе в определенной последовательности. При этом блок облучателей образует механическую опору для крепления радиоэлектронных приёмных и (или) передающих узлов миллиметрового ли субмиллиметрового диапазонов волн и устройства охлаждения с каналами для охлаждающей жидкости. Отмечается малая масса предложенного устройства. Ил. 5. Библ. 7. /В. М. Мещанкин/

3). 3А161 П. Облучатель параболической антенны : Пат. 2092941 Россия, МКИ Н 01  13/00/ Калугин Н. Н., Белов Д. И., Лобанова Е. В.; НПО им. С. А. Лавочкина . - №  3195995/09; Заявл. 4.4.88; Опубл. 10.10.97, Бюл. № 28

   Облучатель параболической антенны  состоит из открытого конца круглого волновода с фланцем  и диэлектрической линзы в виде тела вращения, при этом  в диэлектрической линзе вдоль её оси выполнено углубление в виде конуса, основание которого совмещено с плоскостью раскрыва, причём его диаметр выбран из соотношения ,  где - рабочая длинна волны, а угол при вершине конуса  Ил. 2.

3. Анализ задания на проект.

Необходимо рассчитать зеркальную антенну с двухщелевым облучателем на заданной центральной частоте. Наша  разрабатываемая антенна  может служить как приемником, так и передатчиком. Зеркальные антенны в настоящее время широко применяемы в диапазоне СВЧ. В качестве облучателя мы будем использовать двухщелевой облучатель, так как он создаёт малое затемнение зеркала.

ДН облучатель в Е и Н плоскостях отличаются, поэтому  а нужно найти оптимальную ДН, которая была бы средняя между ними. Фидерный тракт будем выбирать из условия заданной центральной частоты. Для расчёта антенны будем использовать апертурный метод расчёта антенн. Этот метод заключается в нахождении поля излучения антенны по полю в раскрыве зеркала.

4.Расчёт антенно-фидерного тракта.

Обычно в сантиметровом диапазоне волн используют прямоугольные волноводы . Так как у нас исходя из условия диапазон сантиметровый, то мы возьмем такой тип волновода. Оптимальным на заданной центральной частоте является волновод R260 с параметрами :

Рабочий диапазон частот:                                                     ,      ГГц

Внутренние размеры волновода:                                     ,           М

                                                                                            ,          М

Затухание в волноводе(на частоте 26,1 ГГц):                ,              дБ/м.

Рассчитаем волновое сопротивление:

                         , м/с

        М                                                          4.1

Удельное волновое сопротивление определяем по формуле (4.2):

 

Волновое сопротивление по току и напряжению определяем как отношение

максимальной амплитуды напряжения к амплитуде суммарного

продольного тока по широкой стенке (4.3):

           

Волновое сопротивление по мощности и напряжению – отношение квадрата max амплитуды напряжения к удвоенной мощности переносимой по волноводу в

режиме бегущей волны(4.4):

Рассчитаем волновое сопротивление по мощности и току – это отношение удвоенной мощности, переносимой по волноводу в режиме бегущей волны к квадрату амплитуды

суммарного  продольного тока, по формуле (4.5):

 

Теперь рассчитаем постоянную затухания для волны типа  определяется по формуле

(4.6):

 где

,         ,   

 ,

 зависит от выбора материала волновода, был выбран волновод из алюминия отожжённого в вакууме и .

Рассчитаем предельную мощность пропускания ( мощность при которой градиент электрического поля в линии в режиме бегущей волны достигает пробивного значения)

и допустимую мощность:

Далее определим радиус зеркала и длину волновода:

 

Зная  определим температуру шумов фидерного тракта и КПД:

5. Оптимизация геометрии антенны.