Проектирование двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена (стр. 1 из 2)

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Уральский государственный технический университет

Кафедра ВЧСРТ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВУХЗЕРКАЛЬНОЙ АНТЕННЫ ПО СХЕМЕ КАССЕГРЕНА

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Антенны и устройства СВЧ»

2007 000 009 ПЗ

Руководитель Семенов Б.В.

Студентка Еловских О.А

Группа Р - 474

Екатеринбург

2005

СОДЕРЖАНИЕ

1.Техническое задание

2. Введение

3. Расчет геометрических параметров антенны

4. Расчет параметров облучателя

5. Расчет питающей линии

6.Заключение

Список использованных источников

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Исходные данные:

1. Частота f , ГГц 15

2. Коэффициент усиления, G дБ 38

3. Уровень боковых лепестков d дБ 25

4. Мощность передатчика в импульсе, Вт 50

5. Тип облучателя - Коническая рупорная антенна

Выбрать и рассчитать:

1. Параметры облучателя

2. Основные геометрические размеры зеркал

3. Распределение поля в раскрыве

4. Диаграммы направленности в вертикальной и

горизонтальной плоскостях

5. Линию передачи

6. Коэффициент усиления и эффективность антенны

7. Профили сечения зеркал

Вычертить:

1. Конструкцию облучателя

2. Общий вид антенны

3. Профили сечения зеркал

ВВЕДЕНИЕ

Двухзеркальная антенна по схеме Кассегрена относится к апертурным антеннам. Она состоит из двух отражающих поверхностей (рис.1): основной – большого параболического зеркала и вспомогательной – малого зеркала в виде гиперболоида.

Роль малого зеркала состоит в переотражении падающей на него сферической волны облучателя на большое зеркало, при этом, вследствие геометрических свойств гиперболы, отраженная малым зеркалом волна как бы исходит из одной точки – фокуса F1. Эта волна трансформируется большим зеркалом в плоскую. Параболическое зеркало излучает так, как будто в его фокусе находится мнимый облучатель, создающий сферическую волну. Второй фокус малого зеркала совмещается с фазовым центром облучателя – рупора F2.

Двух зеркальная антенна является более компактной, чем однозеркальная и обеспечивает более равномерное распределение возбуждения по раскрыву, а так же является более помехозащищенной.

К недостатку данного типа антенн относится то, что, часть раскрыва большого зеркала затенена плоскостью малого зеркала.

В приближении геометрической оптики двух зеркальная антенна может быть сведена к эквивалентной однозеркальной параболической антенне, имеющей такое же распределения поля в раскрыве и такие же направленные свойства – с учетом затенения малым зеркалом. Расчет направленных свойств осуществляется с использованием параметров облучателя и эквивалентного параболоида.

РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АНТЕННЫ

В двух зеркальных антеннах Кассегрена углы раскрыва большого и малого зеркал обычно лежат в интервалах y= 70 ° - 90°; f= 15° - 30° .

При этом в угол 2j должна «вписываться» диаграмма направленности облучателя по уровню - (10 - 20) дБ, чтобы создать необходимое амплитудное распределение в раскрыве и иметь высокий коэффициент перехвата. Соотношение диаметров малого и большого зеркал возьмем рекомендованным d/D< 0.2 , так как большое затенение приводит к значительному росту боковых лепестков .

рис. 1

Найдем диаметр большого зеркала исходя из заданного коэффициента усиления. Заданный уровень боковых лепестков приведен без учета затенения апертуры вторым зеркалом, Поэтому зададимся уровнем боковых лепестков примерно на 4 дБ ниже заданного (-28,9 дБ).

Dq_0.5 - ширина диаграммы направленности, градусы

D - диаметр большого зеркала, м

R - радиус большого зеркала, м

l - длина волны, м

Зададим f=15⁰.Диаметр малого зеркала рассчитываем по формуле:

Где

Зададимся углом

. Находим фокусное расстояние большого зеркала.

Определим эквивалентное фокусное расстояние, пользуясь формулой:

Отсюда:

м

Найдем дополнительные параметры антенны.

Результаты расчета параметров антенны:

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ

В качестве облучающего элемента в техническом задании задан конический рупор, возбуждаемый волной Н₁₁, которая подводится к нему с помощью круглого волновода. В этом случае, поле излучения в главных плоскостях определяется х-й составляющей электрического вектора и у-й составляющей магнитного вектора в раскрыве. Эти составляющие имеют следующее амплитудно-фазовое распределение в раскрыве:

Где r - текущая радиальная координата раскрыва, j - угловая координата, r₀ - радиус раскрыва, R-длина рупора. Для расчета воспользуемся формулами из [1] .

Как было сказано выше, в угол 2f должна «вписываться» диаграмма направленности облучателя по уровню - (10 - 20) дБ, чтобы создать необходимое амплитудное распределение в раскрыве и иметь высокий коэффициент перехвата. Следовательно, задаваясь шириной диаграммы направленности мы находим радиус раскрыва рупора, соответственно получим:

Длина оптимального рупора связана с его диаметром следующим соотношением:

Определим максимальную фазовую ошибку на краях апертуры, по формуле:

Так как рупор является облучателем зеркальной антенны, то встает вопрос определения его фазового центра. Для рупорных антенн с максимальной фазовой ошибкой на краю апертуры

положение фазового центра можно определить по формулам :

Таким образом, получили исходные данные необходимые для расчета диаграммы направленности облучателя и антенны по программе.

РАСЧЕТ ПИТАЮЩЕЙ ЛИНИИ

В качестве облучателя используется конический рупор, питание таких рупоров осуществляется от круглого волновода или через плавный переход от прямоугольного.

Применим круглый волновод с основной волной

. Волновод должен подводить к облучателю только волну и пропускать заданную мощность.

Соотношение радиуса волновода и критической длины волны

в волноводе:

Отсюда r, учитывая, что

Нижняя граница работы волновода на основной частоте

определим:

=7,7мм

Таким образом, радиус волновода надлежит выбирать из полученного неравенства:

Выбираем

из-за возможных неоднородностей, качества поверхности внутренних стенок волновода, чистоты заполняющего волновод воздуха большее значение брать не рекомендуется.

Определим максимальную мощность, которая может быть передана через волновод:

Максимальная мощность удовлетворяет условиям задания P=50 кВт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом расчета двухзеркальной антенной по схеме Кассегрена явились геометрические параметры антенны. Построены диаграммы направленности облучателя, антенны в плоскостях E и H , произведен расчет питающего волновода и максимальной мощности которую она способна передать . Рассчитанные коэффициент усиления G=38,22 дБ при заданном 38дб,уровень боковых лепестков –23,9дб, при заданном –25дб (расчетный уровень боковых лепестков не должен отличаться от заданного более чем ±2 дБ). Также рассчитали КИП антенны, который равен 0,525. Поэтому можно сказать, что требования технического задания выполнены.