Проектирование широкополосной зеркальной антенны со спиральным облучателем

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Красноярский Государственный Технический

Университет.

Кафедра: РТУ СВЧ.

Курсовой проект

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.