Реферат: Расчет зеркальной параболической антенны с облучателем в виде конического рупора

--PAGE_BREAK--1.2 Определение диаметра раскрыва


Зеркальная антенна – направленная антенна, содержащая первичный излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности. Параболическая зеркальная антенна представлена на рисунке 1.
<img border=«0» width=«248» height=«174» src=«ref-1_1655400254-4155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">

Рисунок 1 – Зеркальная параболическая антенна
В случае равномерно возбуждённого раскрыва параболического зеркала ширина ДН приближённо определяется:
<img border=«0» width=«121» height=«45» src=«ref-1_1655404409-315.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">,

где 2Q0.5– ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности, рад.;

l— длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;

R– радиус раскрыва зеркала (рисунок 1).

Длина волны определяется по формуле:
<img border=«0» width=«135» height=«47» src=«ref-1_1655404724-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035"> cм.
Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому расширению главного лепестка ДН, так как уменьшается эффективная площадь раскрыва. Чаще всего диаграммы направленности зеркальных антенн не обладают осевой симметрией, т.е. ширина главного лепестка в плоскостях Е и Н различна. В большинстве практических случаев это влечёт за собой следующее изменение:
<img border=«0» width=«120» height=«93» src=«ref-1_1655405058-542.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">
где 2QН0.5, 2QЕ0.5ширина ДН соответственно в плоскостях Hи E.

Для Е и Н плоскостей соответственно найдем радиусы раскрыва:
<img border=«0» width=«268» height=«47» src=«ref-1_1655405600-605.coolpic» v:shapes="_x0000_i1037"> м;

<img border=«0» width=«272» height=«47» src=«ref-1_1655406205-599.coolpic» v:shapes="_x0000_i1038"> м.




Исходя из исходных данных о ширине диаграммы направленности в обеих плоскостях, можно определить диаметр раскрыва dp= 2 ×R, причем, из полученных двух значений диаметра следует выбрать наибольшее. Следовательно,
R= <metricconverter productid=«3 мм» w:st=«on»>3.673 м,

dp= 2×R= 2×3.673 = <metricconverter productid=«3 мм» w:st=«on»>7.346 м.
1.3 Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида cosn/2Y


В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении Ro/foКНД наибольший. Это объясняется тем, что количество теряемой энергии зависит от формы диаграммы направленности облучателя и от отношения Ro/fo. При уменьшении отношения Ro/foот оптимального КНД уменьшается, так как увеличивается часть энергии, проходящей мимо зеркала. С другой стороны, увеличение этого отношения также приводит к уменьшению КНД в связи с более сильным отклонением закона распределения возбуждения от равномерного. Оптимальное значение Ro/foопределяется по аппроксимированной нормированной ДН облучателя (аппроксимация функцией вида F(Q)=cosn/2(Q), где nопределяет степень вытянутости ДН облучателя).
<img border=«0» width=«154» height=«110» src=«ref-1_1655406804-3167.coolpic» v:shapes="_x0000_i1039">

Рисунок 2 — Варианты размещения облучателя


Для вибратора с контррефлектором в виде диска:
n=4; R0/f0=1.0…1.25; ν=0.82

<img border=«0» width=«107» height=«24» src=«ref-1_1655409971-366.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">
Аппроксимированная нормированная ДН представлена на рисунке 3.
<img border=«0» width=«486» height=«440» src=«ref-1_1655410337-9763.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041"> 

Рисунок 3 – Апроксимированная нормированная ДН облучателя
    продолжение
--PAGE_BREAK--1.4 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.


С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет.

Чувствительность gопределяется по формуле:

<img border=«0» width=«141» height=«28» src=«ref-1_1655420100-498.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042"> ,
где первые четыре коэффициента не зависят от yо, а g'вычисляется:
<img border=«0» width=«343» height=«54» src=«ref-1_1655420598-1247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043">,
где Т1<img border=«0» width=«267» height=«21» src=«ref-1_1655421845-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">
u= (0.02 – 0.03) – коэффициент, учитывающий «переливание» части мощности облучателя через края зеркала:

u= 0.025;

S– площадь апертуры зеркала
S= π×R2= 3.142×3.6732 = <metricconverter productid=«3 мм» w:st=«on»>42.394 м2;
n= 4 – определяется типом облучателя;
a1= 1 — cosn+1Y;

<img border=«0» width=«442» height=«197» src=«ref-1_1655422279-3806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045">

<img border=«0» width=«421» height=«67» src=«ref-1_1655426085-1202.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046">


Построим график функции γ(Y), по максимуму которого определим угол раскрыва зеркала:
<img border=«0» width=«540» height=«76» src=«ref-1_1655427287-1677.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047">
<img border=«0» width=«375» height=«237» src=«ref-1_1655428964-10463.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">

  Рисунок 4 – График функции γ(Y)
Таблица 1 – Аргументы функции γ(Y) и её значения



По графику (рисунок 1.4) можно определить:
Y= 0.95 рад = 54.431°,
тогда
a1= 1 – cos5(54.431°) = 0.933,
g= 0.88,

g` = 4.466 ×10-4,

g= 0.0169.

Фокусное расстояние fможет быть найдено из следующего соотношения:

зеркальная антенна облучатель зеркало

<img border=«0» width=«416» height=«72» src=«ref-1_1655439427-1040.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">м.
В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R/fКНД наибольший. Заданный интервал отношения R/f= (1.0ч1.25). Расчетное отношение R/f= 1.029, что удовлетворяет условию.



    продолжение
--PAGE_BREAK--2.РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯ2.1 Диаграммы направленности облучателя


Полуволновой симметричный вибратор с контррефлектором в виде диска

Фазовый центр вибратора с контррефлектором в виде диска лежит между вибратором и контррефлектором несколько ближе к последнему. Обычно контррефлекторы выполняются в виде дисков диаметром 2d= (0.7… 0.8), при этом ДН имеет форму, близкую к диаграмме с осевой симметрией. Расстояние между вибратором и контррефлектором выбирается близким к четверти длины волны, а длина вибратора — кполовине длины волны (2l /2).

Диаграмма направленности такого облучателя в Е плоскости рассчитывается по формуле [11]
<img border=«0» width=«295» height=«77» src=«ref-1_1655440467-1858.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050"><img border=«0» width=«303» height=«246» src=«ref-1_1655442325-2668.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">

Рисунок 5 – ДН облучателя в плоскости Е


а в Н плоскости — по формуле
<img border=«0» width=«191» height=«57» src=«ref-1_1655444993-1237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1052">
<img border=«0» width=«396» height=«290» src=«ref-1_1655446230-3665.coolpic» v:shapes="_x0000_i1053">

Рисунок 6 – ДН облучателя в плоскости H

Эти формулы справедливы для Eи Hменее <img border=«0» width=«17» height=«41» src=«ref-1_1655449895-244.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">.
Таблица 2 – Расчет ДН конического рупора
2.1 Распределение поля в апертуре зеркала


Расчет распределения поля в апертуре зеркала осуществляется по следующим формулам:

<img border=«0» width=«177» height=«96» src=«ref-1_1655450675-901.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059"> 
где F(Y) – диаграмма направленности облучателя,

Y– угол раскрыва,

Y– текущий угол.

Зависимость угла Yот текущего радиуса r:
<img border=«0» width=«207» height=«85» src=«ref-1_1655451576-720.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">,

<img border=«0» width=«457» height=«159» src=«ref-1_1655452296-3004.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">

<img border=«0» width=«523» height=«268» src=«ref-1_1655455300-3746.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">

    Рисунок 7 – Распределение поля в апертуре зеркала



    продолжение
--PAGE_BREAK--