Проектирование рупорно–параболической антенны. Определение конструктивных размеров антенны. Рабочая длина волны

Фокус параболоида F совпадает с фазовым центром рупора, находящимся у вершины последнего. Электромагнитные волны, исходя из рупора, отражаются от параболического зеркала (рис. б). Фронт отраженной от зеркала волны близок к плоскому, и поверхность раскрыва зеркала (поверхность АВ) является синфазной. В такой системе почти вся электромагнитная энергия облучателя попадает на зеркало, что резко уменьшает задние лепестки ДН. Облучатель (рупор) не затеняет поверхность зеркала, что приводит к уменьшению УБЛ. Так как отраженная от зеркала энергия не попадает в рупор, то отсутствует реакция зеркала на облучатель. При использовании достаточно длинных рупоров, присоединяемых к волноводу с помощью плавных переходов, высокое согласование рупора и волновода обеспечивается в двухкратном диапазоне частот. В этом диапазоне может быть получен КБВ, равный, примерно 0,98. Коэффициент защитного действия РПА равен примерно -(65...70) дБ, КИП - около 0,65...0,75, коэффициент поперечной поляризации поля антенны в главном направлении составляет -(36...42) дБ. Обычно углы раствора рупора в плоскостях Е и Н выбираются в пределах 30...50°, а площадь раскрыва несимметричного параболоида (площадь апертуры антенны) составляет 5...15м². Антенна может быть использована одновременно для приема и передачи радиоволн с взаимно перпендикулярной поляризацией, а также для излучения и приема радиоволн с круговой поляризацией (при соответствующих схемах возбуждения и приема). Недостатками РПА являются значительные габаритные размеры (вертикальный размер) и соответственно большая масса. Однако существует ряд модификаций РПА с уменьшенными габаритными размерами конструкции. Это, например, РПА с инверсированным рупорным облучателем, трижды сложенная РПА и другие.

Практическая часть

Для определения конструктивных размеров антенны следует задаться величиной коэффициента полезного действия () и коэффициента использования поверхности ():= 0,85÷ 0,9,  = 0,65÷0,75.

 = 0,9

 = 0,75

Так как рабочая длина волны см = 5,2 0,052 м   то,

Отсюда следует что рабочая частота  ГГц

По уровню рабочей частоты используя таблицу Приложения 1 выбран стандартный волновод МЭК-70

С параметрами:

-Внутренние размеры                                                а = 34,85мм     b = 15,799мм

-Толщина стенок                                                        1,625 мм

-Диапазон частот                                                       5,38…8,17 ГГц

-Затухание для медных стенок на частоте 6,46 ГГц            0,0576 Дб/м

-Мощность пробоя                                                               2360 кВт

Площадь раскрыва S можно определить по формуле:

 

Выбор угла раствора рупора по заданному интервалу. (При увеличении угла площадь возрастает, одновременно с этим возрастает рассогласование рупора с волноводом)

Рекомендуется выбирать  = 30…50

Выбираем рад

Найдем размеры раскрыва антенны

Для приблизительно одинаковых размеров раскрыва антенны в вертикальной и горизонтальной плоскости величины R1, R2 , L1, L2 и f должны определяться соотношениями:

Определение апертуры (Радиус сегмента в виде кольца)

Находим радиус внутреннего кольца

м

Находим радиус внешнего кольца

м

Найдем фокусное расстояние большого зеркала

м

Найдем малую хорду кольца

м

Найдем большую хорду кольца

м

Рассчитаем раскрыв зеркала антенны

Для упрощения пусть в поперечнике апертуры, а и b будут представлять собой внутренние размеры и будут определяться по формуле:

м

м            

Так как размеры раскрыва рупора в плоскости Н и в плоскости Е равны то соответственно равны:

Рассчитаем диаграмму направленности в вертикальной плоскости

Определяем волновое число

, дБ

Характеристика диаграммы

При

Ширина диаграммы 0,0617

При

Ширина диаграммы 0,0248

Найдем уровень боковых лепестков

дБ

Рассчитаем диаграмму направленности в горизонтальной плоскости

Характеристика диаграммы

При

Ширина диаграммы 0,041

При

Ширина диаграммы 0,019

 

Уровень боковых лепестков

дБ

Диаграмма направленности

Профиль зеркала в плоскости  XOZ при соотношении

Выбор волновода

мм

мм

мм

При условии что , будет меньше  и не равно

По рассчитанным данным осуществляем подбор стандартного волновода, выбираем волновод: МЭК-70. Параметры по выбору волновода из частотных характеристик совпадает с параметрами размеров. Значит условие выполняется.

Расчет коэффициента отражения от раскрыва

Отражение  в рупорно-параболической антенне возникает в 2-х сечениях : в раскрыве (G1) и его горловине (G2)

Осуществим условие равенства в проверки правильности результата по параметрам антенны

Отсюда,

Расчет коэффициента отражения от горловины рупора

, где ,

Отсюда,

Расчет КНД (Коэффициент направленного действия)

Расчет КБВ (Коэффициент бегущей волны)

Волновое сопротивление перехода

Экспоненциальный переход

Так как полученный КБВ достоточно высок , то расчет экспоненциального перехода не требуется.

Расчет ошибки поверхности зеркала

Неточности изготовления поверхности зеркала характеризуются двумя параметрами: допуском на изготовление поверхности зеркала и радиусом корреляции его деформации.

Допуском  называется такое отклонение поверхности зеркала от расчетной (в ту и другую сторону), которое не превышается с заданной вероятностью (0.9, 0.95, 0.99). Величина  определяется технологическими возможностями изготовления