Расчет двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена - Курсовая работа

Министерство науки и образования Российской Федерации Дальневосточный Государственный Технический Университет Курсовой проект по дисциплине Антенно-фидерные устройстваИх широкое применение в самых разнообразных радиосистемах объясняется простотой конструкции, возможностью получения разнообразных видов диаграмм направленности (ДН), высоким коэффициентом полезного действия (КПД), малой шумовой температурой, хорошими диапазонными свойствами и т. д. В радиолокации зеркальные антенны позволяют легко получить равносигнальную зону, допускают одновременное формирование нескольких ДН общим зеркалом, в том числе суммарных и разностных. Зеркальные антенны являются наиболее распространенным типом антенн в космической связи и радиоастрономии, и именно с помощью зеркальных антенн удается создавать гигантские антенные сооружения с эффективной поверхностью раскрыва, измеряемой тысячами квадратных метров.Напомним, что у антенны Кассегрена применяется большое зеркало параболической формы, а малое - гиперболической (рис. Сферическая волна облучателя трансформируется малым зеркалом в сферическую же волну, но с центром в , которая в свою очередь преобразуется большим зеркалом в плоскую волну, создающую в раскрыве синфазное поле. Метод же анализа подразумевает расчет зеркал и анализ получаемой диаграммы направленности (естественно в случае существенных несоответствий диаграммы с оптимальной, следуют корректировки, заключающиеся в варьировании размеров малого и большого зеркал, подбора подходящих фокусных расстояний а также формирование нужного амплитудного распределения поля в раскрыве антенны посредством изменения размеров облучателя, вернее его диаграммы направленности). Коэффициент направленного действия антенны (КНД) вычисляется по формуле: , где - площадь раскрыва большого зеркала, естественно, зная площадь легко найти радиус раскрыва Поскольку диаметр раскрыва большого зеркала предлагается вычислить через площадь и КНД, а задан коэффициент усиления (КУ) антенны G (согласно заданию ), целесообразно перейти от КУ к КНД посредством формулы: .При этом в месте перехода от волновода к свободному пространству возникают волны высших типов (как в месте включения любой неоднородности в линию передачи) и поверхностные токи на наружных поверхностях стенок волновода. Избежать этого можно путем постепенного, плавного увеличения размеров поперечного сечения волновода, т. е. придания волноводу формы рупора. В месте перехода от волновода к рупору (сечение ) возникают высшие типы волн, но при достаточно плавном расширении волновода, (малый угол раствора рупора) интенсивность этих волн быстро снижается. Рупор, образованный одновременным увеличением размеров a и b поперечного сечения волновода, называется пирамидальным рупором (см. рис. Основное отличие поля в рупоре от поля в волноводе состоит в том, что фронт волны в рупоре является не плоским, а цилиндрическим (секториальные рупоры) или близким к сферическому (пирамидальный рупор).Амплитудное распределение в раскрыве зеркала определяется формой зеркала (величина отношения ) и диаграммой направленности облучателя. При расчете амплитудного распределения полагают, что зеркало относительно облучателя находится в дальней зоне. Тогда амплитуда напряженности поля, создаваемого облучателем в любой точке поверхности зеркала, определяется по формуле: , где - нормированная характеристика направленности облучателя; - величина амплитуды напряженности поля у вершины зеркала. Так как формируемая зеркалом волна на участке зеркало - поверхность раскрыва считается плоской (рис. Это распределение удобно изобразить в виде графика и рассматривать как функцию относительного переменного радиуса раскрыва или угла зрения на зеркало .Анализируя амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала согласно [1, стр. 170, таблица 7.2], можно сделать следующие выводы: Диаграмма направленности всей антенны будет определяться по формуле: , где Диаграмма направленности антенны изображена на рис. Как видно из графика ширина диаграммы направленности на уровне 0,7 составляет примерно 0,003 радиан, что соответствует 0,171° (это хорошо заметно на рис. Стоит заметить, в системах радиотелескопов ширина диаграммы направленности измеряется с точностью до секунды, как правило, она уже 1°.Поскольку в курсовом проекте предлагается в качестве облучателя использовать пирамидальный рупор (меньшее сечение в форме прямоугольника), целесообразно в качестве соединителя рупора и волновода использовать дроссельно-фланцевое соединение. Пользуясь справочными данными [3, Приложение 1, таблица 1], можно выяснить, что данной частоте соответствует волновод типа МЭК-140 со следующими характеристиками (Таблица 1): Таблица 1 Стоит отметить (в силу того, что в крупных системах космической связи используются довольно большие мощности), что при передаче по волноводу большой мощности может возникнуть высокочастотный пробой волновода, нарушающий режим работы не только волновода, но и генератора.

Содержание

Введение

1. Расчет двухзеркальной антенны

2. Выбор облучателя

3. Амплитудное распределение поля в раскрыве эквивалентной параболы

4. Диаграмма направленности всей антенны

5. Выбор типа волновода, определение размеров элементов фланца

6. Точность выполнения, технология изготовления и материалы рефлекторов

Заключение

Список используемой литературы

Приложение А. Профили сечения малого и большого зеркал и эквивалентной параболы

Приложение Б. Эскиз антенны