Разработка и расчёт антенны двухзеркального типа по схеме Кассегрена. Диаграмма направленности облучателя

Чтобы в линии распространялась только основная волна и не распространялись волны высших типов как , так и , необходимо выполнить условие:

[м]

2) Производится проверка, может ли коаксиал, имеющий выбранные размеры, пропустить заданную мощность. Максимальная мощность, которую может передавать жесткая коаксиальная линия, рассчитывается по формуле:

[Вт], где [в/см] – допустимая напряженность поля в центральной жиле (медь).

А у нас [Вт] – значит размеры коаксиала выбрали правильно.
2.5. Диаграмма направленности облучателя

Диаграмму направленности небольшого рупора можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:

Где F_E(ψ), F_H(ψ) – нормированные диаграммы направленности по напряжённости поля в плоскостях E и H соответственно;

ψ - угол, отсчитываемый от направления максимума диаграммы направленности;

a_p и b_p - размеры раскрывa рупора в плоскостях H и E соответственно;

Диаграмма направленности в разных плоскостях приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Диаграмма направленности рупорной антенны в декартовых координатах

Рисунок 6. Диаграмма направленности рупорной антенны в полярных координатах

3. поле в раскрыве рефлекторов

Наиболее просто направленные свойства параболической антенны рассчитываются так называемым апертурным методом, т.е. по полю в её раскрыве.

При установке во втором фокусе вспомогательного рефлектора облучателя с диаграммой направленности F_ОБЛ(y,a) в раскрыве зеркала наводится синфазное поле с амплитудным распределением и это амплитудное распределение поля можно рассчитать воспользовавшись формулой, которая учитывает, что облучателем параболоида является гиперболоид:

Распределение поля на раскрыве может быть аппроксимирована при помощи соотношения:

где =0,25- равномерная часть распределения поля;

=0.75- неравномерная часть распределения поля;

График аппроксимации при n=2 изображен на рисунке 6.

Рисунок 7. Аппроксимированная ДН

4. Диаграмма направленности всей антенны

Выражение для нормированной диаграммы направленности антенны будет иметь вид:

Нормированная диаграмма направленности где -  

        - лямбда-функция

α=0,25 – линейная часть распределения поля в раскрыве

β=0,75 - нелинейная часть распределения поля в раскрыве

Построим диаграмму направленности зеркальной антенны  в декартовой системе координат.

Рисунок 8. Диаграмма направленности зеркальной антенны в декартовой системе координат

Из графика диаграммы направленности можно определить ширину главного лепестка по уровню 0,5:

Dq_0,5 =0,286°.

Уровень боковых лепестков, который равен:

 дБ.

5. Характеристики антенны

Коэффициент использования поверхности антенны

Коэффициент направленного действия антенны

По графику зависимости от половины угла раскрыва параболоида (рисунок 9)  и при  найдем :

Из графика видно, что при половине угла раскрыва, .

Найдем коэффициент полезного действия (КПД)  по формуле:

Коэффициент усиления антенны:       дБ.

Для обеспечения горизонтальной поляризации можно также использовать несколько антенн, расположенных так, чтобы максимумы их главных лепестков совпадали, а боковые лепестки не пересекались.

6. Конструкция антенны

Рисунок 10

Конструкция антенны (рисунок 10) содержит следующие элементы: 5 - параболическое зеркало, 6 - подзеркальник, 7 – радиопрозрачный диэлектрик, 3 - гибридное волноводное устройство для формирования суммарной и разностных ДН, 4 - корпус антенны, 2 - волноводный тракт суммарного канала, 11, 12 - коаксиально-волноводный тракт разностного канала в плоскостях Н и Е, 10 - кожух, 1 - аппаратный отсек. Для передачи СВЧ-энергии при вращении, например, по углу места, используют волноводное вращающееся сочленение в тракте 2 и гибкие коаксиальные тракты 11,12. В азимутальной плоскости антенну вращают при установке её основания на подвижную платформу. Такая платформа должна обеспечивать поворот на 40° за 3 секунды.

Радиопрозрачный диэлектрик (рисунок 11) заполняет пространство между облучателем и вспомогательным рефлектором. Он предназначен для направления всей энергии облучателя на малый рефлектор, тем самым снижая боковые лепестки. Также это позволяет не использовать тяг, так как малый рефлектор поддерживается самим диэлектрическим конусом.

Рисунок 11

Для максимальной эффективности необходимо, чтобы фазовый центр облучателя находился во втором фокусе гиперболоида.

На этом расчёт двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена закончен