Оптимизация геометрии антенны заключается в максимизации отношения сигнал/шум.
Для этого нужно, чтобы на краю зеркала излучение было равно 0.316.
Для расчёта воспользуемся апертурным методом. Для этого определим поле излучения в раскрыве зеркала, определив поверхность зеркала через его апертуры, и пересчитаем в поле антенны.
Связь поверхности зеркала и его апертуры показывает формула (5.1):
где F фокусное расстояние зеркала, которое будет определено далее.
Нормируем (5.1) :
Диаграммы направленности в антенне этого типа определяется по следующим формулам:
.
Оптимальный угол облучения определяем из формулы (5.3), т.к в ней зависимость только от угла:
Условие 5.5 выполняется при угле 
.
Далее определим расстояние между щелями из формулы 5.4 и оно равно d=0,004605 М.
Теперь можно построить ДН в Е и Н плоскостях по формулам 5.3 и 5.4 (на рис.1. изображено в декартовой системе координат, а на рис.2. в полярной):
Можно посчитать эффективность облучателя по 5.6 при n=4:
Апертурный КИП:
Уровень облучения края зеркала:
Посчитаем фокусное расстояние зеркала по формуле 5.9:
Рассчитаем полный КИП по формуле 5.10:
Найдём коэффициенты 
и 
для 5.10:
- заключается в пределе
0.02….0.03, мы взяли 0.025.
В – это точность выполнения профиля зеркала, при серийном
производстве она равна 
.
Тогда полный КИП:
Рассчитаем КНД и коэффициент усиления:
Эффективная площадь антенны равна произведению
геометрической площади(
) на КПИ:
6.Нахождение распределения поля в апертуре зеркала.
Распределение поля в плоскости Е определяется:
Распределение поля в плоскости Н определяется:
Обе функции зависят от координаты 
целесообразно
её заменить безразмерной:
Построим графики всех этих функций:
Рис.3. нормированная, а рис.2. ненормированная.
7. Нахождение параметров аппроксимирующего выражения.
Аппроксимация распределения поля в апертуре зеркала принимается в форме 7.1:
определяется из условия
7.2:
Остаётся выбрать р – показатель степени, для этого следует построить графики функций
при р от 0,5 до 2,5 с шагом 0,5 рис.5.:
Из графика видно, что наиболее точно повторяется при р=2.
7.1. Расчёт нормированной ДН.
Зная параметры и р построим ДН
антенны в от Z по формуле 7.1.1:
где
- лямбда - функция
определяемая выражением:
ДН антенны на рис.6. значения будем откладывать в децибелах.
По графику рис.6. можно определить ширину главного лепестка
диаграммы в обеих плоскостях 2u1 на уровне -3 дБ. Определим значение
координаты 
.
Из формулы 7.1.2 найдем параметр u1, все параметры в этой формуле все известны кроме него (т.к расчёт ведется в области малых, то sin(u1) = u1):
ДН антенны в зависимости от координаты u1 приведен на рис.7:
7.2 Нахождение параметров антенны.
Определим коэффициент расширения луча(КРЛ):
Максимальный уровень бокового лепестка (УБЛ) относительно максимума основного находим непосредственно графически из рис.6:
Сравним апертурный КИП полученный по формуле 5.7 и ниже
рассчитанный получившийся при замене 
аппроксимирующим выражением:
Видно, что они приблизительно равны.
8. Построение профиля зеркала.
Профиль зеркала строится в осях (X, Z`) по формуле:
Антенна показана в аксонометрии в приложении 1.
9.Рассчет ступенчатого перехода в волноводе.
Необходимо сжать волновод по стенке b так, чтобы не было резкого скачка волнового сопротивления. Для этого делаем ступенчатый переход. Нужно его рассчитать.
Вид этого волновода показан в приложении 2.
10.Методики экспериментальных исследований антенны.
а) Измерение КНД:
Для измерения КНД используют метод эталонной антенны. Он заключается в следующем: берут эталонную антенну рис. 9,а, с известным КНД и антенну и антенну, которую нужно измерить. Антенны помещают напротив друг друга. Эталонная в этой схеме является передающей, а измерительная - приемной. Суть метода измерения состоит в том, что на исследуемой антенне измеряют значение тока передающей антенны, затем на место передающей ставят исследуемую антенну рис. 9,б и с помощью аттенюатора добиваются того же значения тока при одинаковом уровне мощности, как если бы стояла эталонная. По значению аттенюатора, уравняв значения тока приемной и передающей антенн по показаниям прибора, можно найти КНД.
б) Измерение ДН:
Для измерения ДН антенны используют две антенны: вспомогательную (Вс. А), изображенную на рис. 10 слева и исследуемую (Исс. А), изображенную на рис. 10 справа. Вспомогательная антенна излучает постоянную не меняющуюся во времени мощность. Исследуемая антенна принимает часть электромагнитной энергии, излученной вспомогательной антенной, при этом изменяется угол поворота относительно вспомогательной и фиксируется ток в зависимости от угла. Таким образом, снимается ДН в одной из плоскостей: Е или Н - плоскости. Для снятия ДН в другой плоскости, обе антенны поворачивают на 90о вокруг оси и делают повторно измерения.
в) Измерение поляризационной характеристики направленности антенны:
Для измерения поляризационной характеристики направленности антенны используют измерительную антенну (Изм. А) с линейной поляризацией, изображенную на рис. 11 слева и исследуемую антенну (Исс. А), изображенную на рис. 11 справа. В одном из вариантов вращают исследуемую антенну вокруг её оси, как показано на рис., а также можно вращать измерительную антенну, зафиксировав исследуемую. Поворачивая антенну, следят за показаниями прибора (Пр.) и по полученным значениям судят о поляризационной характеристике.
Рис. 11. Схема исследования поляризационной
характеристики направленности антенны.
г) Исследование фазовой характеристики направленности антенны:
Для измерения фазовой характеристики направленности антенны используют две антенны: вспомогательную (Вс. А), изображенную на рис. 12 слева и исследуемую (Исс. А), изображенную на рис. 12 справа. Вспомогательная антенна излучает постоянную не меняющуюся во времени мощность. Исследуемая антенна принимает часть электромагнитной энергии, излученной вспомогательной антенной, при этом изменяется угол поворота относительно вспомогательной и фиксируется ток в зависимости от угла, измерительным прибором является фазометр. Схема измерения представлена на рис. 12.
Приложение 1.
Приложение 2.
Литература:
1. Саблин Е. В. Малошумящие однозеркальные антенны. Методические указания. –
Л., 1978г.
2. Фельдштейн А. Л., Явич Л. Р.,Смирнов В. П.. Справочник по элементам волновод-
ной техники. - М.: Советское радио, 1967г.
3. Антенны и устройства СВЧ. Задания и метод. указания к выполнению курсовой
работы для студентов специальности 0701 - "Радиотехника" /дневной формы
обучения./ Сост. Ю. П. Соломатов; КрПТИ.- Красноярск, 1986г.
4. Сазонов Д. И., Марков Г. Т.. Антенны. - М.: Энергия, 1975г.
11.Выводы:
В проделанной работе была рассчитана зеркальная антенна с двухщелевым облучателем
по требуемым параметрам. В результате расчетов, была спроектирована антенна, у
которой основные характеристики соответствуют:
значение ширины ДН по уровню половинной мощности....................................8 град
уровень боковых лепестков..................................................................................-27.024 дБ
КПД антенны..........................................................................................................98.5%
КНД антенны..........................................................................................................695.205
коэффициент усиления антенны...........................................................................684.75
В расчетах применялся апертурный метод, который является наиболее точным по
сравнению с другими и наиболее простым.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.