Министерство образования Российской Федерации
Красноярский Государственный Технический Университет
Зеркальная параболическая антенна
Выполнил: студент 3 курса ИРЭ
Васильев И.В., гр. Р41-1
Проверил: преподаватель
Саломатов Ю.П.
Красноярск, 2004г.
стр.
1. Задание на проект……………………………………………………...…..3
2. Анализ технического задания…………………………………………..…4
3. Расчет антенно-фидерного устройства…………………………………...5
4. Выводы…………………………………………………………………….17
Рассчитать параболическую зеркальную антенну с рупорным облучателем, имеющую следующие параметры (таблица 1.1).
Таблица 1.1
Рабочая частота f0, ГГц |
4,7 |
Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности , град |
8,5 |
Радиус зеркала определяется исходя из заданной ширины диаграммы направленности, длина фидерной линии передачи берется равной 4R.
Условные обозначения, используемые в проекте, приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Наименование |
Условное обозначение |
Единица измерения |
Рабочая частота |
f0 |
Гц |
Широкая стенка волновода |
a |
м |
Узкая стенка волновода |
b |
м |
Размер апертуры рупора в плоскости H |
ap |
м |
Размер апертуры рупора в плоскости E |
bp |
м |
Апертурный коэффициент использования поверхности (КИП) |
g |
Безразмерная |
Диаграмма направленности (ДН) рупорного облучателя |
F0(y) |
Безразмерная |
Диаграмма направленности (ДН) антенны в целом |
F0(q) или F(q) |
Безразмерная |
Коэффициент направленного действия (КНД) |
D |
Безразмерная |
Длина волны в вакууме |
l |
м |
Волновое число |
k |
м-1 |
Диаметр апертуры зеркала |
d |
м |
Радиус апертуры зеркала |
R |
м |
Длина фидера |
lф |
м |
Фокусное расстояние |
f |
м |
Уровень облучения края зеркала |
m |
Безразмерная или дБ |
Таблица1.2 (продолжение)
Наименование |
Условное обозначение |
Единица измерения |
Апертурное распределение поля |
Es(r) |
Безразмерная |
Коэффициент расширения луча |
КРЛ |
Безразмерная |
Точность выполнения профиля зеркала |
Безразмерная |
|
Коэффициент усиления антенны |
G |
Безразмерная |
Коэффициент полезного действия (КПД) |
h |
Безразмерная |
2.Анализ технического задания
Зеркальные антенны являются наиболее распространенными остронаправленными антеннами. Их широкое применение в самых разнообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, возможностью получения разнообразных видов ДН, высоким КПД, малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т.д. В радиолокационных применениях зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование нескольких ДН с общим зеркалом (в том числе суммарных и разностных). Некоторые типы зеркальных антенн могут обеспечивать достаточно быстрое качание луча в значительном угловом секторе. Зеркальные антенны являются наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии, а именно с помощью зеркальных антенн удается создавать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров.
В целом, при расчете параметров и характеристик антенны будем придерживаться апертурного метода расчета, изложенного в [2]. Однако, учитывая широкие возможности современной вычислительной техники, непосредственное вычисление интеграла ([2],стр. 9, (16))
не является затруднительным. Поэтому в нашем случае нет необходимости выполнять аппроксимацию диаграммы направленности облучателя F0(y) функцией cosn/2(y). Можно вычислить интеграл непосредственно, используя какой-либо пакет математических программ.
При вычислении интегралов, построении графиков, графическом решении уравнений в курсовом проектировании используем пакет вычислительных программ MathCAD.
3. Расчет антенно-фидерного устройства
Исходя из заданной рабочей частоты, для питания антенны выберем стандартный прямоугольный металлический волновод МЭК-48 с внутренними размерами:
a – 47,55 мм;
b – 22,149 мм.
Рассчитаем длину волны заданной частоты в свободном пространстве по формуле:
, (3.1)
где
c – скорость света в вакууме;
l – длина волны в свободном пространстве;
f0 – заданная частота.
м
. (3.2)
м
Для наглядности на рисунке изобразим зеркало антенны и ее основные геометрические размеры (рис. 3.1).
Рисунок 3.1
Определим диаметр и радиус зеркала антенны, исходя из заданной ширины ДН из формулы ([4], стр. 255)
,
откуда, приняв коэффициент в числителе равным 70,
(3.3)
где
d – диаметр зеркала.
м
Радиус зеркала
(3.4)
м
Длину питающего волновода lф примем равной
. (3.5)
Откуда
м
Угол раскрыва параболической зеркальной антенны в плоскости E y0, отсчитываемый от нормали к апертуре рупора, примем равным 55°.
Зная радиус R и угол раскрыва y0 зеркала (рис. 3.1) можно вычислить фокусное расстояние f по формуле ([2], стр. 22)
(3.6)
м
Найдем параметры облучающего рупора: размеры апертуры рупора в плоскостях E и H, длину рупора L. Согласно [4] (стр. 255) оптимальное значение угла раскрыва параболической зеркальной антенны в плоскости E y0опт соответствует спаду поля облучателя к краям зеркала примерно на 9-10 дБ. Отсюда, приняв оптимальным угол y0=55°, мы можем рассчитать параметры облучающего рупора. Для этого необходимо решить уравнение
, (3.7)
где
– диаграмма направленности рупорного облучателя,
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.