Расчет зеркальных параболических антенн, которые находят широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи. Определение поля излучения параболической антенны апертурным методом. Шумовая температура фидерного тракта. Выбор конструкции зеркала.
Настоящий курсовой проект посвящен расчету зеркальных параболических антенн, которые находят широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи, а также в радиоастрономии. Специфика спутниковой связи, заключающаяся в большой протяженности трас между искусственными спутниками Земли и земными станциями, значительных ослаблениях радиосигналов на этих трассах, предъявляет серьезные требования к конструкции и параметрам зеркальных антенн. Для снижения влияния внешних помех необходимо повышение помехозащищенности антенн и снижение уровня боковых лепестков ДН. Достаточная простота и легкость конструкции, возможность формирования самых разнообразных ДН, высокий КПД, малая шумовая температура - вот основные достоинства зеркальных антенн, обусловливающих их широкое применение в современных радиосистемах. В курсовом проекте определение поля излучения параболической антенны производится апертурным методом, широко применяемым при проектировании зеркальных антенн.Зеркальная антенна - направленная антенна, содержащая первичный излучатель и отражатель антенны в виде металлической поверхности. В случае равномерного возбужденного раскрыва параболического зеркала ширина диаграммы направленности определяется: (1) Известно, что КНД зеркальной антенны имеет наибольшую величину в том случае, если амплитуда возбуждающего поля на краю раскрыва составляет не менее одной трети от амплитуды поля в центре раскрыва. Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому расширению главного лепестка ДН, так как уменьшается эффективная площадь раскрыва. Кроме этого, необходимо иметь в виду, что чаще всего диаграммы направленности зеркальных антенн не обладают осевой симметрией (большинство излучателей формируют осенесимметричные диаграммы направленности), т.е. ширина главного лепестка в плоскостях E и H различна.Диаграммы направленности открытого конца волновода могут быть рассчитаны, как идеальной излучающей поверхности с косинусоидальным распределением напряженности электрического поля вдоль широкой стенки: (12) в Е плоскости (13) в Н плоскости (14) где а, b - поперечные размеры волновода;Рассчитаем распределение поля в апертуре зеркала: (16)Инженерный расчет пространственной ДН параболической антенны часто сводится к определению ДН идеальной круглой синфазной площадки с неравномерным распределением напряженности возбуждающего поля. В данном случае распределение напряженности возбуждающего поля в основном определяется ДН облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид: (18) (19) k1 - коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего поля, на краю раскрыва меньше амплитуды в центре раскрыва, в соответствующей плоскости с учетом различий расстояний от облучателя до центра зеркала и до края зеркала; Определим площадь апертуры зеркала после оптимизации: Найдем фокусное расстояние после оптимизации: Найдем распределение поля в апертуре зеркала после оптимизации: Рисунок 7 - Распределение поля в апертуре зеркала после оптимизации, в плоскостях Е, НПараболический профиль зеркала обеспечивает одинаковые длины электрических путей от облучателя, установленного в фокусе параболоида вращения, до каждой точки плоскости раскрыва (свойство параболы).С целью уменьшения веса и ветровых нагрузок поверхность зеркала часто выполняется перфорированной, или сетчатой (рисунок 10). При такой конструкции зеркала часть энергии просачивается сквозь него, образуя обратное нежелательное излучение.Неточность изготовления зеркала вызывает несинфазность поля в раскрыве. Наибольшее отклонение от идеальной поверхности в направлении r обозначим через Dr (рисунок 9). Путь луча, отраженного от неровности в месте наибольшего отклонения от r изменяется при этом на величину Dr DRCOSY, а соответствующий сдвиг фаз составит величину Dj = BDR (1 cosy), и он не должен превышать величину p/4, отсюда получаем: Анализ полученного выражения для Dr показывает, что вблизи центра параболоида (?=0) необходимая точность изготовления зеркала наивысшая. Здесь наибольшее отклонение от идеальной поверхности не должно превосходить величины l/16, у кромки параболоида требования к точности получаются наименьшими. Точность установки облучателя также определяется нормами на наибольшие допустимые фазовые искажения поля в раскрыве.В ходе расчетов получили следующие данные: Ширина ДН на уровне половинной мощности 2?Н0,5, 2?Е0,5=49 мрад. Ввиду того, что заданная ширина ДН и расчетная отличаются на весьма значительную величину (в Е-плоскости - на 15%, в Н-плоскости - на 7%), поэтому провели оптимизацию.
План
Содержание
Техническое задание
Введение
Исходные данные
1. Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта Тафу и КПД
2. Расчет геометрических параметров параболоида
3. Расчет геометрических и электродинамических параметров облучателя
4. Расчет распределения поля в апертуре зеркала
5. Расчет ДН параболической антенны
6. Конструктивный расчет антенны
6.1 Расчет профиля зеркала
6.2 Выбор конструкции зеркала
6.3 Определение допусков на точность изготовления
Заключение
Список литературы
Введение
Настоящий курсовой проект посвящен расчету зеркальных параболических антенн, которые находят широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи, а также в радиоастрономии. Специфика спутниковой связи, заключающаяся в большой протяженности трас между искусственными спутниками Земли и земными станциями, значительных ослаблениях радиосигналов на этих трассах, предъявляет серьезные требования к конструкции и параметрам зеркальных антенн. Для снижения влияния внешних помех необходимо повышение помехозащищенности антенн и снижение уровня боковых лепестков ДН.
Достаточная простота и легкость конструкции, возможность формирования самых разнообразных ДН, высокий КПД, малая шумовая температура - вот основные достоинства зеркальных антенн, обусловливающих их широкое применение в современных радиосистемах.
В курсовом проекте определение поля излучения параболической антенны производится апертурным методом, широко применяемым при проектировании зеркальных антенн.
Исходные данные
1. Рабочая частота f = 6,0 (ГГЦ);
2. Ширина ДН на уровне половинной мощности 2?Н0,5 = 53 (мрад); 2?Е0,5 = 58 (мрад);
3. Тип облучателя - Открытый конец прямоугольного волновода;
4. Уровень боковых лепестков = - 18 (ДБ);
5. Средняя яркостная температура неба Тнср = 13 (0К);
6. Температура шумов приемника Тпр = 1700 (0К);
7. Длина фидерной линии lф = 12 (м).
1. Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта Тафу и КПД а) Выбор фидера
Параметры прямоугольного волновода для частоты f = 6,0 (ГГЦ): a ? b [см] = 4.0 ? 2.0; Коэффициент затухания кабеля a [ДБ/м] = 0.0431. б) Определение шумовой температуры фидерного тракта Тафу
в) Определение КПД
г) Вычисление шумовых температур антенной системы.
Вывод
Исходные данные: 2?Н0,5 = 53 (мрад);
2?Е0,5 = 58 (мрад);
УБЛ=-18 (ДБ);
В ходе расчетов получили следующие данные: Ширина ДН на уровне половинной мощности 2?Н0,5, 2?Е0,5=49 мрад.
УБЛ в E, Н плоскости
Ввиду того, что заданная ширина ДН и расчетная отличаются на весьма значительную величину (в Е-плоскости - на 15%, в Н-плоскости - на 7%), поэтому провели оптимизацию. В ходе оптимизации антенны увеличением радиуса раскрыва ДН сужается, что приводит еще к большему расхождению с заданными параметрами антенны. Стало ясно, что оптимизацию надо проводить уменьшением радиуса, а именно уменьшение радиуса антенны с 0,566 до 0,5 м
Для оптимизированной антенны получили следующие данные: Ширина ДН на уровне половинной мощности 2?Н0,5, 2?Е0,5=55 мрад. УБЛ в E, Н плоскости
