Разработка и рассчет для параболической антенны с заданными параметрами

длина волны для выбранного облучателя больше заданной волны, то выбранный рупор можно уменьшить в соответствии с принципом электродинамического подобия, как это показано в табл. 2.

Таблица 2. Основные размеры выбранного рупорного облучателя и изменённого.

Рисунок 3. Основные размеры рупора.

Диаграмма направленности выбранного рупора по мощности показана на рис. 4, по амплитуде на рис. 5

После изменения размеров облучателя вышло несоответствие в размерах места стыка волновода и рупора, поэтому требуется разработка волноводного перехода. Переход выполняется в виде отрезка прямоугольного волновода, длиной λ /4, у которого на одном конце размер соответствует размерам волновода, а с другой размерам рупора.

4.  Расчёт основных геометрических размеров антенны

КНД определим из формулы:

;

Т.к. [5], где S_эф – эффективная площадь, которая определяется из формулы:

[5], где S – площадь зеркала, КИП=0,55 – 0,65 для параболоида вращения, тогда можно определить площадь раскрыва зеркала:

;

;

Определим радиус зеркала:

;

Найдём фокусное расстояние из формулы:

, где θ – угол засветки, определяющийся из ДН облучателя по мощности на уровне 0,1.

В декартовой системе координат параболоид вращения определяется уравнением (начало координат совпадает с вершиной параболоида): , где x=D/2=R.

Рисунок 6. Размеры профиля зеркала.

Расстояние Z есть расстояние от края зеркала до облучателя, которое находится по формуле: .

Угол θ определяется по формуле:  

Таблица 3. Расчёт координат точек построения параболоида в декартовой системе координат.

При помощи табл. 3 строим профиль зеркала рис. 7.

5.  Расчёт АР в раскрыве зеркала и его аппроксимация

АР рассчитывается по формуле: [1].

Таблица 4. Амплитудное распределение зеркала антенны.

Аппроксимация АР для параболоидов вращения производится в программе AROUND:

Нормированное амплитудное распределение может быть представлено в виде пяти парциальных:

1-  равномерного с весом p1

2-  квадратичной параболы свесом p2

3-  квадратичной параболы в квадрате с весом p3

4-  квадратичной параболы в кубе с весом p4

5-  линейно убывающего до нуля на краю с весом p5

При подборе были выбраны веса:

p1=0.212

p2=0.208

p3=0.080

p4=0.400

p5=0.100

Сумма весов равна единице:

Таблица 5. АР интерполированное и аппроксимированное и их разница.

Рисунок 8. АР интерполированное и аппроксимированное.

Разница между интерполированным и аппроксимированным АР не превышает 0,009 значит удовлетворяет условие.

Таблица 7. Параметры введённого и аппроксимированного АР.

Таблица 8. Разность и отличие в процентах введённого и аппроксимированного АР.

Коэффициенты использования поверхности введенного АР КИПI=0,833 и аппроксимирующего АР КИПА=0,828.

Выбранному аппроксимирующему АР без учёта тени (доп. апертуры) соответствуют следующие значения коэффициентов:

- Расширения луча – КРЛ=1,17;

- Использование поверхности – КИП=0,828;

- KQ=69 в формуле для расчёта ширины ДН перед отношением длины волны к диаметру;

- Уровень бокового лепестка – УБЛ=0,0294 (отн.); УБЛ=-30,6 дБ.

6.  Расчёт ДН с учётом затенения зеркала облучателем

Расчёт ДН производится при помощи программы AROUND.

ДН без учёта тени F(θ) и с учётом тени F_т(θ)

Таблица 9. ДН антенны без учёта тени и ДН с учётом тени.

При расчёте ДН с учётом тени требуется ввести диаметр тени, который определяется из площади:

;

;

;

;

.

Рисунок 9. ДН антенны без учёта тени и ДН с учётом тени.

Значение θ на уровне 0.707: без учёта тени Δθ=7,2°; с учётом тени Δθ=6,7°.

Т.к. значение θ на уровне 0.707 с учётом тени не удовлетворяет техническое задание, то следует изменить геометрические размеры антенны так, чтобы ДН удовлетворяла ТЗ.

7.  Внесение коррекций в размеры антенны

Для расширения ДН следует уменьшить диаметр зеркала с 276 мм до 230, тогда радиус будет равен 115 мм, а для того, чтобы АР имело пьедестал, равный 0,316 угол засветки уменьшим до 60º, в этом случае фокус будет равен:

.

При таком значении фокуса и θ геометрические размеры и АР примут вид:

Таблица 10. Расчёт координат точек построения параболоида в декартовой системе координат.

По данным из табл. 10 строим параболоид вращения рис. 10.

Аппроксимация АР производится в программе AROUND:

При подборе были выбраны веса:

p1=0.316

p2=0.319

p3=0.060

p4=0.305

p5=0.000

Сумма весов равна единице:

Таблица 11. АР интерполированное и аппроксимированное и их разница.

Рисунок 11. АР интерполированное и аппроксимированное.

Разница между интерполированным и аппроксимированным АР не превышает 0,009 значит удовлетворяет условие.

Таблица 12. Параметры введённого и аппроксимированного АР.

Таблица 13. Разность и отличие в процентах введённого и аппроксимированного АР.

Коэффициенты использования поверхности введенного АР КИПI=0,903 и аппроксимирующего АР КИПА=0,898.

Выбранному аппроксимирующему АР без учёта тени (доп. апертуры) соответствуют следующие значения коэффициентов:

- Расширения луча – КРЛ=1,12;

- Использование поверхности – КИП=0,898;

- KQ=66 в формуле для расчёта ширины ДН перед отношением длины волны к диаметру;

- Уровень бокового лепестка – УБЛ=0,0539 (отн.); УБЛ=-25,4 дБ.

8.  Расчёт ДН с учётом затенения зеркала облучателем

ДН без учёта тени F(θ) и с учётом тени F_т(θ)

Таблица 14. ДН антенны без учёта тени и ДН с учётом тени.

При расчёте ДН с учётом тени требуется ввести диаметр тени, который