Расчёт и проектирование зеркальной антенны - Курсовая работа

Зеркальной антенной называют совокупность слабонаправленного облучателя и металлического отражателя (зеркала). Форма поверхности зеркала выбирается такой, чтобы сферический фронт волны, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт волны. С позиций геометрической оптики лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности. По форме зеркала зеркальные антенны разделяются на параболоид вращения, параболический цилиндр, а также антенны со специальным профилем зеркала. Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости, а сканирование в пределах нескольких ширин диаграмм направленности осуществляется электромеханическим способом - вращением облучателя, вынесенного за фокус параболоида.Ширина диаграммы направленности по уровню 0.707 поля в горизонтальной плоскости 4,9о в вертикальной плоскости 4,9о Сектор электрического (механического) сканирования луча: в горизонтальной плоскости ± 360о Длина линии передачи 1,1 мВ процессе проектирования необходимо выбрать оптимальную схему и тип облучающей системы, определить геометрические размеры зеркала, амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала, рассчитать диаграмму направленности антенны, ее коэффициент усиления, коэффициент полезного действия и разработать конструкцию в целом.R - радиус раскрыва зеркала f - фокусное расстояние h - глубина параболоида ?0 - угол раскрыва Используя таблицу аппроксимирующих функций [Таблица 2] из пособия по расчету антенн СВЧ Воскресенского, по заданному допустимому уровню боковых лепестков выбираем закон изменения поля в раскрыве зеркала: [1] При выбранном распределении, ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности составляет: 67,6*l/2RАмплитудное распределение поля в раскрыве зеркальной антенны пропорционально диаграмме направленности облучателя. Диаграмма направленности рупорного облучателя, построенная по известному закону изменения поля в раскрыве зеркала: Ширина диаграммы направленности рупорного облучателя: 2Q0.7=70. Найдем размеры раскрыва рупорного облучателя с оптимальной длинной, для этого воспользуемся таблицей 3 из учебного пособия по апертурным антеннам СВЧ Пономарева: Выбираем пирамидальный тип рупора: в плоскости Н: в плоскости Е: a = 6.857 см b = 4.543 см Зная размеры раскрыва рупорного облучателя, построим амплитудную диаграмму направленности рупора в плоскостях Е и Н: Диаграмма направленности рупорного облучателя в плоскости Н: [7]Е(х)-амплитудное распределение поля в раскрыве зеркала в зависимости от диаграммы направленности рупорного облучателя имеет вид: [9] где F(y)-диаграмма направленности облучателя: [10]Диаграмма направленности зависит от от угла направления через функции Бесселя J1 и J0 по следующим формулам: [13] КПД определяется как отношение мощности , выделившейся в нагрузке, к мощности , подведенной к линии: [17] В конструкции питающей линии присутствуют неоднородности, вызывающие отражение электромагнитной волны: вращающийся переход, изгиб фидера, согласующий трансформатор и разъемы. КУ (G) антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить подводимую к антенне мощность при переходе от направленной антенны к абсолютно ненаправленной антенне, чтобы получить то же значение напряженности поля в точке приема. S = PR2 - площадь раскрыва. n - коэффициент использования поверхности (КИП) зеркальной антенны, определяется характером амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала n?=0.882. h - коэффициент полезного действия антенны. g = n*h???эффективность зеркальной антенны.КНД показывает, во сколько раз мощность излучения в направлении максимума излучения больше мощности излучения в том же направлении абсолютно ненаправленной антенны с такой же подводимой к ней мощностью.Технические допуски на точность изготовления зеркальных антенн определяются допустимой величиной отклонения фазового фронта в раскрыве зеркала от синфазного. Максимально допустимыми искажения диаграммы направленности будут при Dy<p/4, отсюда получаем величину допуска на точность изготовления зеркала: [22] При смещении из фокуса зеркала фазового центра облучателя вдоль оси параболоида, в раскрыве появляется ошибка: [24] При смещении облучателя вдоль оси параболоида в раскрыве зеркала возникает квадратичная фазовая ошибка.Отклонение Dr профиля реального зеркала от идеального при правильно организованном технологическом процессе носит случайный характер. Максимальная величина случайной ошибки определяется уровнем технологии и для зеркальных антенн с вероятностью 99% может быть определена следующим образом: [27] где n = 3 для обычного серийного производства; n = 4…5 - при специальной технологии.Так как антенна рассчитана на сантиметровые длины волн, в качестве основного фидерного тракта используем прямоугольный волновод с волной H10. Схематическое изображение его части представлено на след. рисунке: Рис. Размеры

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Анализ задания

3. Расчет геометрических размеров антенны и ее основных характеристик

3.1 Геометрические размеры зеркала

3.2 Диаграмма направленности рупорного облучателя

3.3 Амплитудное распределение поля вдоль зеркала

3.4 Диаграмма направленности зеркальной антенны

3.5. Коэффициент полезного действия (КПД)

3.6 Коэффициент усиления антенны (КУ)

3.7 Коэффициент направленного действия (КНД) антенны

4. Точность изготовления антенны

4.1 Источники фазовых ошибок и их влияние

4.2 Коэффициент усиления антенны с учетом неточности изготовления зеркала

5. Расчет фидерного тракта антенны

5.1 Расчет прямоугольного волновода

5.2 Расчет круглого волновода

5.3 Расчет вращающегося сочленения

5.4 Дроссельно-фланцевые соединения

5.5 Переход от прямоугольного волновода к круглому

5.6 Переход от коаксиального кабеля к круглому волноводу

Заключение

Список используемой литературы

Зеркальной антенной называют совокупность слабонаправленного облучателя и металлического отражателя (зеркала). Форма поверхности зеркала выбирается такой, чтобы сферический фронт волны, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт волны. С позиций геометрической оптики лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности. По форме зеркала зеркальные антенны разделяются на параболоид вращения, параболический цилиндр, а также антенны со специальным профилем зеркала.

Зеркальные антенны могут формировать игольчатые диаграммы направленности, веерные, косекансные или диаграммы другого специального вида. Ширина игольчатой диаграммы направленности может составлять от десятка до долей градуса.

Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости, а сканирование в пределах нескольких ширин диаграмм направленности осуществляется электромеханическим способом - вращением облучателя, вынесенного за фокус параболоида.

В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона.

Зеркальные антенны нашли широкое применение благодаря следующим свойствам: · сравнительной простоте конструкции;

· надежности работы;

· хорошим диапазонным свойствам (диапазонность однозеркальных антенн определяется диапазонностью излучателя);

· способности формировать диаграммы направленности различной формы;

· возможности многофункциональной работы при выборе соответствующей конструкции облучателя и ряда других положительных особенностей.

Однако зеркальные антенны обладают рядом существенных недостатков: · механический способ сканирования, который является единственно возможным в однозеркальных антеннах;

· уровень боковых и задних лепестков в диаграмме направленности однозеркальных антенн трудно поддается ослаблению;

· большой объем по сравнению с объемом всей системы (до 50%);

· затенение облучателем поля зеркальной антенны. зеркальная параболическая антенна облучатель