Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Кафедра: РТУ СВЧ.
Тема: Проектирование широкополосной зеркальной антенны со спиральным облучателем.
Выполнил: студент группы Р 59-4,
Кардаков А.И.
Проверил: преподаватель
Саломатов Ю.П.
г. Красноярск 2002 г.
Содержание.
Содержание................................................................ 2
1. Задание на курсовое проектирование..................................................... 3
2. Анализ задания на курсовой проект. 4
3. Выбор фидера.........................................................
4. Оптимизация геометрии антенны........
5. ..........................................................................................
..............................................................................................
12. методика измерения основных
параметров антенны............................................
литература....................................................................
приложения.................................................................
1. Задание на курсовое проектирование.
1. Тип антенны: Зеркальная антенна со спиральным облучателем
2. Центральная частота антенны: .
3. Ширина диаграммы направленности (ДН) в E и H плоскостях: .
2. Анализ задания на курсовой проект.
В данной курсовой работе необходимо рассчитать зеркальную антенну со спиральным облучателем, работающую на согласованный приемник и обеспечивающую максимально возможное отношение сигнал/шум на его выходе. Зеркало представляет собой параболу вращения. Облучатель - регулярная спиральная цилиндрическая антенна из провода или металлической трубки с осе симметричной ДН. Один конец спирали присоединен к внутреннему проводнику коаксиального кабеля. Наружная оболочка кабеля соединена с металлическим экраном диаметром порядка l0 . Отношение длинны витка спирали к длине волны приблизительно равно 1, поэтому антенна излучает максимально вдоль оси (режим осевого излучения). Поле на оси спиральной антенны имеет поляризацию, близкую к круговой, входное сопротивление антенны почти чисто активное.
Основная задача сводится: к выбору фидера, оптимизации геометрии антенны, расчету полного коэффициента использования и других параметров антенны, определению геометрии спирального облучателя, нахождению распределения поля в апертуре зеркала, а так же параметров аппроксимирующего это распределение выражения, нормированной ДН в области малых углов, построению профиля зеркала.
Выбор фидера осуществляется в соответствии с заданной рабочей частотой f0. В данном случае, в соответствии с типом антенны и конструктивными особенностями, в качестве фидерной линии (линии передачи (ЛП)) используется коаксиальный кабель, выбираемый по справочнику.
Под оптимизацией геометрии антенны понимается выбор оптимального угла облучения y0. Оптимального из следующих соображений: при больших углах y0 получаются более глубокие и тяжелые зеркала, а так же большие уровни кросеполяризации; с другой стороны, при малых углах облучения увеличивается рассеяние мощности в боковые лепестки. Все это приходится учитывать при выборе y0. Кроме того, y0 определяет расположение облучателя и уровень облучения края зеркала.
На основе рассчитанного в дальнейшем коэффициента использования площади (апертурного), рассчитывается полный коэффициент использования площади (КИП), эффективная площадь, коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усиления.
Определение геометрии спирального облучателя заключается в нахождении основных параметров цилиндрической спиральной антенны, таких как: диаметр спирали (кольца), осевая длинна спирали, шаг намотки, длинна витка, угол намотки, число витков.
Распределение поля в апертуре зеркала находится на основе построенной ДН F(y) (здесь y выражается через q, при выбранном числе витков), путем пересчета оси абсцисс (то есть q в r1).
Найденное распределение поля в апертуре зеркала аппроксимируется рядом характеристик, из которых выбирается одна наиболее точно повторяющая распределение поля (ей соответствует свое аппроксимирующее выражение).
Зная параметры аппроксимирующего выражения, можно найти нормированную ДН в области малых углов, диаметр зеркала, коэффициент расширения луча и другие параметры антенны.
Профиль зеркала строится в осях (x, z1) по известной формуле, причем масштабы по осям выдерживаются одинаковым.
3. Выбор фидера.
Для данного типа антенн (зеркальной со спиральным облучателем ) в качестве фидерной линии используется коаксиальный кабель. Выбор коаксиала производится в соответствии с заданной рабочей частотой .По справочнику выбираем кабель следующей маркировки РК-50-11-11. Ему соответствует затухание a=0.4 дБ/м (при волновом сопротивлении и частоте ). Определим КПД фидерного тракта, зная точное затухание и длину фидера. Поскольку обычно потери в фидере составляют подавляющую часть потерь в антенне в целом, то КПД антенны и фидера можно считать одинаковыми.
Длина волны определяется рабочей частотой :
.
Радиус зеркала определим по следующей формуле:
.
Тогда длина фидера:
Шумовая температура фидерного тракта:
Определим КПД при заданном затухании:.
Яркостная температура земли Т0=290 К
4. Оптимизация геометрии антенны.
Одним из основных параметров антенны является угол облучения . Обычно он не более 55 град., для данного типа антенн. Поэтому положим ; хотя в дальнейшем при выборе числа витков облучателя в виде спирали, значение угла облучения может корректироваться.
Уровень облучения края зеркала составляет примерно 0,316 (или – 10 дБ) относительно середины раскрыва.
Фокусное расстояние определим как:
5. Расчет полного коэффициента использования площади, эффективной площади и КНД.
Рассчитаем полный коэффициент использования площади (КИП) по следующей формуле:
где - апертурный коэффициент использования поверхности антенны (его определение будет рассмотрено далее).
- эффективность облучателя.
- множитель, учитывающий уменьшение КНД за счет рассеяния мощности (части мощности) элементами конструкции антенны, здесь принимает значения от 0,02 до 0,03.
- точность выполнения профиля зеркала.
- множитель учитывающий снижение уровня главного лепестка за счет не идеальности выполнения профиля зеркала
где: .
В итоге получим: .
Эффективная площадь антенны: .
Коэффициент направленного действия: .
Коэффициент усиления антенны: .
6. Определение геометрии спирального облучателя.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.