Краткие теоретические сведения к лабораторной работе "Параболические антенны"

Министерство образования Российской Федерации

Красноярский государственный технический университет

кафедра:

Лабораторная работа №2

Параболические антенны.

выполнил: студент гр. Р59-4

Махалин М.В.

проверил:   

Тузиков

Красноярск 2002 г.

1.  краткие теоретические сведения.

1.1   назначение параболических антенн.

Зеркальные антенны, к которым принадлежат и параболические, наиболее распространенный в настоящее время тип однонаправленных антенн УКВ. В этих антеннах формирование ДН происходит за счет отражения электромагнитных волн слабонаправленного первичного источника (облучателя) от металлического зеркала той или иной формы (рис 1). Обычно в зеркальных антеннах осуществляется преобразование широкой ДН облучателя в узкую ДН антенны.

рис 1.

Параболические зеркала трансформируют сферическую или цилиндрическую волну облучателя в плоскую. В первом случае имеем параболоид вращения и точечный облучатель – источник цилиндрической волны. Во втором случае имеем параболический цилиндр и линейный облучатель – источник цилиндрической волны.

1.2 Основные характеристики.

1.2.1Диаграмма направленности, элементы расчета ДН.

параболоид вращения:

   Предназначен для формирования ДН игольчатого типа. Поверхность параболоида вращения образуется путем вращения вокруг  фокальной оси (оси z) параболы.

При определении поля излучения антенны в дальней зоне и ее ДН, учитывается только составляющая поля в раскрыве – Ex, так как поле излучения поперечной поляризации в главных плоскостях отсутствует. Поэтому раскрыв можно рассматривать как систему идентичных одинаково ориентированных излучателей Гюйгенса. соответственно поле антенны в дальней зоне будет:

E(p)=Eo(p)f_сист(θ,φ)

где Eo(p) – поле центрального единичного излучателя Гюйгенса, f_сист(θ,φ) – множитель системы, который находится из амплитудного распределения поля- А(ρ,α).

в общем случае амплитудное распределение получается сложным с не разделяющимися переменными. При осесимметричной ДН облучателя амплитудное распределение не зависит от α. Множитель системы тогда определяется выражением:

преобразовывая данное выражение можно рассчитать множитель системы параболоида вращения с облучателем имеющим произвольную осесимметричную ДН. Можно использовать и другой, приближенный метод расчета  f_сист(θ,φ). Найденное амплитудное распределение                            аппроксимируется одним из

стандартных распределений А(ρ), для которых множитель системы заранее рассчитан.

Если ДН облучателя не является осесимметричной, то расчеты существенно усложняются. Для параболоида вращения с облучателем  в виде диполя с плоским экраном расчет был выполнен А. З. Фрадиным. ДН выбранного облучателя в главных плоскостях имеет вид:

F^H₀(ψ)=cos(ψ) в H – плоскости

F^E₀(ψ)=cos²(ψ) в E - плоскости

Для выбранного облучателя определялось значение поля в раскрыве зеркала, а затем рассчитывались ДН антенны в двух главных плоскостях (рис 2). В результате были получены довольно сложные формулы в виде рядов по Λ – функциям.

рис 2. ДН параболоида вращения.

Рассматривая эти графики можно сделать следующие выводы:

-  диаграмма направленности антенны в плоскости H уже, а уровень боковых лепестков выше, чем в плоскости Е. Это объясняется тем, что ДН облучателя в плоскости Н шире, и следовательно амплитудное распределение в раскрыве этой в этой плоскости ближе к равномерному;

-  при уменьшении фокусного расстояния ДН антенны расширяется, уровень боковых лепестков снижается. Причиной этому служит более резкое спадание амплитудного распределения поля к краям раскрыва при росте величины ρ₀/R.

Параболический цилиндр (рис 3):

   Используется в тех случаях, когда необходимо создать веерную ДН с резко различной шириной ДН в главных плоскостях, а также при необходимости осуществить сканирование луча в одной плоскости в достаточно широком секторе. Антенна состоит из зеркала в виде параболического цилиндра и линейного облучателя с длиной, равной длине образующего зеркала. Зеркало может быть симметричным и несимметричным. Чаще используются несимметричные зеркала, позволяющие устранить влияние отраженной волны на облучатель и теневой эффект облучателя.

рис 3.

Следует заметить, что изменяя длину образующей L2, можно изменять ДН антенны в плоскости образующей, сохраняя неизменной ДН в области профиля зеркала. Аналогично изменяя лишь размер L1 или фокусное расстояние f, можно изменять лишь ДН в плоскости профиля зеркала. Возможность независимого управления ДН в главных плоскостях является ценным свойством параболического цилиндра.

1.2.2 Коэффициент усиления.

Так как для большинства антенн УКВ диапазона величина η≈1 то значение G мало отличается от D, поэтому вместо КУ можно рассматривать КНД антенны.

КНД рассчитывается по обычной методике исходя из общего определения – формулы:                  где Е(0) – амплитуда поля в главном направлении

Е(0)=Ео(0) f_сист(0) находя множитель системы, а также амплитуду поля изотропной антенны Ео и подставляя эти значения в формулу для КНД получим выражение:

1.2.3  Рабочий диапазон частот антенны.

1.2.4. Шумовая температура.

2.  выполнение работы.

рабочая частота – 9.4,  все изменения положения облучателя – в сантиметрах.

по вертикали – 4.5 вверх, по горизонтали - 0

по вертикали 2.5 вверх, по горизонтали - 0

по вертикали – 1 вниз, по горизонтали - 0

по вертикали – 0, по горизонтали – 2 влево

по вертикали – 0, по горизонтали – 2 вправо