Проектирование антенны Кассегрена (стр. 1 из 3)

Исходные данные

Частота

ГГц.

Коэффициент усиления

ДБ.

Уровень первого бокового лепестка

ДБ.

Вид поляризации – линейная, горизонтальная.

Расчет геометрических характеристик антенны

В области космической и радиорелейной связи, астрономии, а также других областях широкое распространение получили двухзеркальные антенны.

Основными достоинствами осесимметричных двухзеркальных антенн по сравнению с однозеркальными являются:

1. Улучшение электрических характеристик, в частности повышение КИП раскрыва антенны, так как наличие второго зеркала облегчает оптимизацию распределения амплитуд по поверхности основного зеркала.

2. Конструктивные удобства, в частности упрощение подводки системы фидерного питания к облучателю.

3. Уменьшение длины волноводных трактов между приемопередающим устройством и облучателем, например, путем размещения приемного устройства вблизи вершины основного зеркала.

Принцип действия двухзеркальных антенн заключается в преобразовании сферического волнового фронта электромагнитной волн, излучаемой источником, в плоский волновой фронт в раскрыве антенны в результате последовательного переотражения от двух зеркал: вспомогательного и основного с соответствующими профилями.

В курсовом проекте стоит задача спроектировать антенну Кассегрена удовлетворяющую параметрам указанным в задании. Схема Кассегрена предложена в 1672 году для построения оптических телескопов. Основное зеркало в этой схеме параболоид вращения, вспомогательное зеркало гиперболоид вращения. В схеме Кассегрена выбор угла раствора параболической образующей

ничем не ограничен, поскольку ветви параболы и гиперболы негде между собой не пересекаются. При любом значении угла
луч, отраженный от малого зеркала, беспрепятственно дойдет до большого и, отразившись от него, уйдет в свободное пространство. Соответствующие точки на поверхности обоих зеркал можно взять в качестве крайних точек, лежащих на их кромках. Поэтому возможная реализация как длиннофокусных, так и короткофокусных, так и короткофокусных антенн Кассегрена.

В приближении геометрической оптики двухзеркальная антенна может быть сведена к эквивалентной ей по распределению поля в раскрыве однозеркальной антенне того же диаметра – эквивалентному параболоиду. Расчет производился методом эквивалентного параболоида.

Для расчета размеров в качестве независимых переменных выберем параметры:

,
– радиусы большого и малого зеркал соответственно;
– угол раствора образующей параболы;
– угол облучения источником краев малого зеркала.
м,
м,
,
. Используя известные формулы рассчитаем основные геометрические характеристики антенны Кассегрена.

, эксцентриситет малого зеркала.
.

, фокус большого зеркала.
м.

, фокус малого зеркала.
м.

, фокус эквивалентного параболоида.
м.

, расстояние до фазового центра облучателя от второго зеркала.
м. То же расстояние в длинах волн
.


Рассчитаем соотношения необходимые для расчета параметров получившейся антенны.

,
,
.

Выбор и расчет параметров облучателя

Облучатель антенны существенно влияет на характеристики антенной системы в целом. Выбор и проектирование облучателей зеркальных антенн в общем случае определяется следующими соображениями:

1. ДН облучателя должна обеспечивать соответствующее распределение поля по апертуре с необходимым уменьшением поля на краю зеркала и иметь небольшой уровень боковых лепестков.

2. Облучатель должен создавать минимальное затенение апертуры, так как затенение апертуры увеличивает уровень боковых лепестков и уменьшает КНД.

3. Облучатель должен иметь фазовый центр.

4. Облучатель должен иметь требуемую диапазонность.

5. Облучатель должен обеспечивать работу при заданной величине мощности.

6. Облучатель позволяет одной антенной одновременно осуществлять две функции: передачу и прием, двойную передачу, прием и передачу сигналов ортогональных поляризаций.

7. Облучатель должен иметь минимальный вес, достаточную механическую прочность, обеспечивать необходимую надежность работы при ожидаемых метеоусловиях, возможность герметизации волноводного тракта.

В качестве двухзеркальных антенн в подавляющем большинстве случаев используются рупоры и их модификации. Широкое распространение рупорных облучателей объясняется простотой их конструкции, хорошими характеристиками по входному сопротивлению, поляризации и допустимой мощности, осесимметричная диаграмма направленности. Ему присущи и недостатки: отсутствие фазового центра, большое затенение раскрыва.

В качестве облучателя возьмем пирамидальный рупор. Задавшись размерами раскрыва,

и
, а также значением фазовой ошибки на краю рупора,
и
в плоскости Е и Н соответственно, рассчитаем геометрические характеристики рупора.

,
,
,
.

, волновое число.

, длина рупора в плоскости Е.
м.

, длина рупора в плоскости Н.
м.

, координата фазового центра отсчитываемая от центра раскрыва в плоскости Е.
м.

, координата фазового центра отсчитываемая от центра раскрыва в плоскости Н.
м.

Соотношения необходимые для расчета параметров рупора

,
.

Установлено, что конструкция получается оптимальной с точки зрения затенения (минимальное затенение), если равны размеры теней, отбрасываемых раскрывом облучателя и вспомогательным зеркалом. Условие минимального затенения записывается в виде

. Проверим выполняется ли условие затенения.

,
.

Зная геометрические размеры облучателя рассчитаем его электрические характеристики. Рассчитаем КНД.

и
– интегралы Френеля.


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