1.Исходныеданные
Зеркало-параболоид облучатель - открытый
Вращения конец волновода
Требуется спроектировать
передающую параболическую
антенну , установленную на
борту искусственного спутника
Земли (ИСЗ), который
находится на стационарной
орбите и предназначен для
ретрансляции телевизионных
сигналов на линии
Земля - ИСЗ - Земля.
Рис.1. Параболическая антенна.
Проектируемая антенна включает в себя(рис. 1):
- параболическое зеркало (отражатель);
- облучатель с элементами крепления;
- волноводный питающий тракт, в котором распространяется основной тип волны.
Исходные данные для расчёта (обозначения):
1. Рабочая частота f0=10 ГГц.
2. Мощность бортового передатчика Рпер=50 Вт.
3. Мощность сигнала на входе наземного приёмника
-Рвх.пр.=110 дБВт.
4. Коэффициент усиления приёмной антенны Gпр=46 дБ.
5. Облучатель - открытый конец прямоугольного волновода.
6. Фидерный питающий тракт - прямоугольный волновод(ПВ), в котором распространяется основной тип волны Н10.
7. Относительная полоса пропускания 2Δf/f0=20%.
8. Протяжённость радиолинии ИСЗ - Земля составляет
rисз=40000 км.
9. Потери в атмосфере Земли учитываются коэффициентом ослабления сигнала F=0,95.
10. Допустимый коэффициент бегущей волны (КБВ) в тракте питания облучателя составляет Кб≥0,8.
Требуется:
1. Рассчитать размеры фидерного тракта и облучателя;
2. Рассчитать коэффициент усиления и коэффициент направленного действия передающей антенны;
3. Рассчитать радиус раскрыва зеркала (R0),фокусное расстояние (f) и оптимальный угол раскрыва параболоида вращения (2ψ0).
4. Рассчитать входное сопротивление облучателя, коэффициент бегущей волны(Кб) в прямоугольном тракте питания облучателя; коэффициент полезного действия фидерного тракта(ηтракта); длину фидерного тракта ( l );
5. Для уменьшения реакции зеркала на облучатель рассчитать размеры плоского компенсирующего отражателя;
6. Рассчитать диаграммы направленности облучателя и параболической антенны.
2.Расчёт поперечных размеров фидерного тракта и облучателя.
f0=10 ГГц.
Рабочей частоте f0=10 ГГц соответствует
Длина волны в свободном пространстве (вакууме или воздухе):
λ = С/f0 (1)
λ =(3∙1010)/1010 см = 3 см = 30 мм.
Существуют практические рекомендации по выбору размера прямоугольного волновода:
a = (0,7÷0,8)λ,
b = (0,3÷0,4)λ. (2)
В данном случае:
a = (21÷24)мм;
b = (9÷12)мм.
Вычисленные размеры наиболее близко подходят для прямоугольного волновода R100.
Поэтому в качестве фидерного тракта и облучателя выбираем прямоугольный волновод R100, для которого:
а = 22,860мм,
b = 10,160мм.
Диапазон частот для основного типа волны Н10 составляет интервал частот от 8,2 ГГц до 12,5 ГГц.
При заданной средней рабочей частоте f0=10 ГГц и относительной полосе пропускания 2Δf/f0=20% полоса частот в ГГц равна 2Δf=10∙0,2 ГГц=2ГГц.
Отсюда диапазон проектируемой параболической антенны будет
(10-1)ГГц÷(10+1)ГГц или (9÷11) ГГц.
Таким образом, выбранный прямоугольный волновод R100 обеспечивает одномодовый режим работы и относительную полосу пропускания 2Δf/f0=20% на средней рабочей частоте f0=10 ГГц.
3.Расчёт коэффициента усиления (G1) и коэффициента направленного действия (D) передающей антенны.
Искусственный
спутник Земли
f0=10 ГГц;
передающая антенна Рпер=50(Вт); -Рвх.пр.(дБВт)=110(Дб)
приёмная антенна F = 0,95 Gпр(Дб)=46(Дб); 2Δf/f0=20%;
Кб≥Кбмин=0,8; rисз=40 000 (км)=4∙107 (м).
Значению -Рвх.пр.(дБВт)=110дБВт соответствует значение Рвх.пр.=10-11 Вт.
Значению Gпр=G2(дБ)=46(дБ) соответствует
G2=10(46/10)≈39811.
Рпер∙G1∙G2=((4π∙rисз)/λ)2 Рвх.пр.∙(1/F2) (3)
Подставляя в (1) Рпер=5 (Вт);Рвх.пр.=10-11Вт;F=0,95;
Rисз=4∙107(м);λ=3∙10-2(м);G2=39811,
получаем:
50∙G1∙39811=((4∙π∙4∙107)/(3∙10-2))2 ∙10-11∙(1/0,95)2.
Отсюда имеем G1=((4∙π∙1,33∙109)2∙10-11/0,952)/(50∙39811)=1555.
Задаёмся значением ηтракта=0,98.
Так как G1=ηтракта∙G, то коэффициент направленного действия передающей параболической антенны на ИСЗ будет D=G1/ηтракта
В данном случае D=1555/0,98=1586,7.
4.Расчёт радиус раскрыва зеркала (R0), фокусного расстояния (f) и оптимального угла раскрыва параболоида вращения (2ψ0=2ψопт)
В рассматриваемом случае выбранного волновода R100 имеем
а = 22,860 мм
b = 10,160 мм
Отсюда получаем:
Sобл=ab (4)
Sобл=22,860∙10,160(мм)2=232,2576(мм)2; D=1586,7;λ=30 мм.
Параболическое зеркало
R0=√(1/νπ)((Dλ2)/(4π)+Sобл), (5)
Где Sобл=ab, ν=0,4÷0,5.
0,316
F
0,316 Выбирая коэффициент
использования поверхности
ν=0,4 , получаем
нормированная ДН
облучателя
f
R0=√(1/0,4π)((1586,7∙302)/(4π))+232,2576)мм=301,025 мм
Уравнение для определения ψопт:
[(сos(ψопт)+√1-(λ/2a)2)/(1+√1-(λ/2а)2]х
х[(cos((ka/2)sin(ψопт))/(1-((2/π)(ka/2)sin(ψопт))2]=0,316 (7)
Из уравнения находим при λ=30 (мм), а=22,860(мм) в радианах:
ψопт≈1,353.
В градусах находим: ψ˚опт=(180˚/π)∙ψопт=(180˚/π)∙1,353= 77,5˚
Таким образом, оптимальный угол раскрыва параболического зеркала будет 2ψ˚0=2ψ˚опт=155˚.
Фокусное расстояние параболической антенны определяется по формуле:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.