Расчет зеркальной параболической антенны с облучателем в виде конического рупора

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра РТ

Дисциплина АФУиРРВ

Курсовая работа

Специальность:

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Выполнил: студент Джуматаев Е.Б.

Алматы 2010


Содержание

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ И ПАРАБОЛОИДА

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта

1.2 Определение диаметра раскрыва

1.3 Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида cosn /2 Y

1.4 Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны

2. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЯ

2.1 Диаграммы направленности облучателя

2.1 Распределение поля в апертуре зеркала

3. РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ АНТЕННЫ

4.1 Расчет профиля зеркала

4.2 Выбор конструкции зеркала

4.3 Определение допусков на точность изготовления

5. СОПОСТАВЛЕНИЕ РАСЧЕТНОГО И ЗАДАННОГО УРОВНЯ БОКОВЫХ ЛЕПЕСТКОВ, ВЫРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СООТВЕТСТВИЯ ЭТИХ УРОВНЕЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Рассчитать малошумящую параболическую антенну. Исходные данные:

Частота сигнала генератора, подводимого к антенне, f = 1,0 ГГц;

Ширина главного лепестка ДН на уровне половинной мощности 2Q0.5

2QН 0.5 = 49 мрад;

2QЕ 0.5 = 54 мрад;

Уровень боковых лепестков (- 17) дБ;

Тип облучателя: Полуволновой вибратор с дисковым контррефлектором;

Средняя яркостная температура неба Тнср = 5 К;

Температура шумов приемника Тпр = 1800 К;

Длина фидерной линии lф =5 м.


ВВЕДЕНИЕ

Параболические антенны в последнее время находят все более широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи. В 1888 году известный немецкий физик Г. Герц в своих опытах по СВЧ оптике впервые применил в качестве фокусирующего устройства параболический цилиндр. Интерес к зеркальным антеннам не ослабевает и в наши дни в связи со стремительным развитием космических радиотехнических систем и комплексов.

Достаточная простота и легкость конструкции, возможность формирования самых разнообразных диаграмм направленности, высокий КПД, малая шумовая температура – вот основные достоинства, зеркальных антенн, обуславливающих их широкое применение в современных радиосистемах.

Целью данной курсовой является освоение методики проектирования зеркальных параболических антенн: определение их основных электродинамических параметров и конструктивный расчет.

В курсовой работе определение поля излучения параболической антенны производится апертурным методом, который широко применяем при проектировании зеркальных антенн.


1 РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЯ И ПАРАБОЛОИДА

1.1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта

В качестве фидера будет использован прямоугольный волновод. Его параметры для частоты f = 1.0 ГГц даны в [1], приложение А:

см

a = 0.00405 дБ/м

Шумовая температура фидерного тракта Тф :

,

где α – коэффициент затухания линии передачи [дБ/м],

lф – длина фидерной линии [м].

.

Выразим КПД из формулы:

Тф =T0 ·(1-КПД),

где Т0 =290К.

Тогда КПД равен:


.

Шумовая температура антенной системы:

a1 = 1 - cosn +1 Y0 = 0.929 (см. пункт 1.4)

К;

К.

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.

Рисунок 1 – Зеркальная параболическая антенна

В случае равномерно возбуждённого раскрыва параболического зеркала ширина ДН приближённо определяется:

,

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

l - длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;

R0 – радиус раскрыва зеркала (рисунок 1).

Длина волны определяется по формуле:

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:

где 2QН 0.5 , 2QЕ 0.5 ширина ДН соответственно в плоскостях H и E.

Для Е и Н плоскостей соответственно найдем радиусы раскрыва:

м;

м.


Исходя из исходных данных о ширине диаграммы направленности в обеих плоскостях, можно определить диаметр раскрыва dp = 2 ×R0 , причем, из полученных двух значений диаметра следует выбрать наибольшее. Следовательно,

R0 = 3.673 м,

dp = 2×R0 = 2×3.673 = 7.346 м.

1.3 Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией вида cosn /2 Y

В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении Ro /fo КНД наибольший. Это объясняется тем, что количество теряемой энергии зависит от формы диаграммы направленности облучателя и от отношения Ro /fo . При уменьшении отношения Ro /fo от 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 /fo определяется по аппроксимированной нормированной ДН облучателя (аппроксимация функцией вида F(Q)=cosn / 2 (Q), где n определяет степень вытянутости ДН облучателя).

Рисунок 2 - Варианты размещения облучателя


Для вибратора с контррефлектором в виде диска:

n=4; R0 /f0 =1.0…1.25; ν=0.82

Аппроксимированная нормированная ДН представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Апроксимированная нормированная ДН облучателя

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 g определяется по формуле:

,

где первые четыре коэффициента не зависят от yо , а g' вычисляется:

,

где Т1

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 = 42.394 м2 ;

n = 4 – определяется типом облучателя;

a1 = 1 - cosn +1 Y0 ;


Построим график функции γ(Y0 ), по максимуму которого определим угол раскрыва зеркала:

Рисунок 4 – График функции γ(Y0 )

Таблица 1 – Аргументы функции γ(Y0 ) и её значения

Y0 0.301 0.601 0.901 1.201 1.401 1.501
γ(Y0 ) 3.779e-3 0.012 0.017 0.014 0.011 8.863e-3

По графику (рисунок 1.4) можно определить:

Y0 = 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 f0 может быть найдено из следующего соотношения:

зеркальная антенна облучатель зеркало

м.


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.