Двухзеркальная антенна по схеме Кассергена (стр. 3 из 4)
Е01: ‑ 13,1;
H21: ‑ 16,7;
H01: ‑ 20,9;
- Внутренний диаметр в мм.:
Номинал – 17,475;
Допуск – 0,017;
- Номинальная толщина стенок в мм. – 1,27.
- Частота в ГГц – 12,07;
- Затухание колебаний вида H11 вдБ/м:
Теоретически рассчитанное – 0,1524;
- Затухание колебаний вида H11 вдБ/м максимальное значение отсутствует в таблице.
Структура поля волны H11 в круглом волноводе имеетвид такой же как на рис. 2.5.
Рис. 2.5.Структура поля H11 в круглом волноводеРис. 2.5. Структура поля H11 в круглом волноводе:(———— линии элек-трического поля; — — — линии магнитного поля.
Электромагнитная волна типа Emn (Hmn) распостраняется по волноводу, если ыполняется условие (2.18.).
Критическая длина волны для волн типа Hmn определяется из соотношения:
(2.25.)где ‑ hmn – «n»-ый корень производной функции Бесселя «m»-го –порядка.
Для волн типа Emn:
(2.26.)где ‑xmn – «n»-ый корень функции Бесселя «m»-го порядка.
Расчитаем критические длины волн для волн, которые могут распостраняться на частоте 11 ГГц в выбранном круглом волноводе.
Для основной волны H11:
29,298 мм.Для волны E01
22,88 мм.Для волны H21:
17,95 мм.Для волны H01:
14,34 мм.Волны E01, H21, H01, на зданной частоте распосграняться не будут, так как не выполняется условие (2.18).
Примерный вид конструкции спользуемого для согласования плавного перехода от прямоугольного волновода к круглому изображён на рис. 2.6. и в приложении 4.
Рис. 2.6. Конструкция плавного перехода с прямоугольного волновода с сечением 48´24 мм. на круглый диаметром 70 мм.3. электрические характеристики антенны.
3.1. диаграмма направленности облучателя.
 |
Как было определено ранее, в качестве облучателя зеркальной антенны был выбран конический диэлектрический стержень (он изображён на рис. 2.4., причём в центре осей координат расположен фазовый центр диэлектрической антенны и второй фокус гиперболоида (или малого зеркала), а также угол q = j0, где j0 – угол зрения на край малого рефлектора).
рис. 2.4.
Диаграмма направленности диэлектрической антенны изображённой на рис. 2.4. может быть рассчитана по приближённой формуле:
(2.27.)Где угол q отсчитывается от оси диэлектрического стержня, а также:
‑ в плоскости 
(2.28.) 
‑ в плоскости 
(2.29.)Ширину главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности приближённо можно рассчитать по формуле:
= 22,72° (2.30.)Расчётные формулы взяты из [1] на с. 10
Диаграмма направленности диэлектрической антенны должна получиться такой, чтобы нули главного лепестка приходились на такой угол q, что нулевое излучение диэлектрической антенны приходилось на края гиперболоида.
Рассчитанная диаграмма направленности изображена в приложении 1.
3.2. поле в раскрыве рефлекторов.
Наиболее просто направленные свойства параболической антенны рассчитываются так называемым апертурным методом, т.е. по полю в её раскрыве.
При установке в фокусе главного рефлектора облучателя с диаграммой направленности FОБЛ (y,a) в раскрыве зеркала наводится синфазное поле с амплитудным распределением и это амплитудное распределение поля можно рассчитать воспользовавшись формулой из [1] на с. 23, которая учитывает, что облучателем параболоида является гиперболоид:
(2.31.)При этом координаты точек раскрыва xp, yp, fp, ap связаны с углами y и a соотношениями, обусловленными геометрией задачи (смотрите рис. 2.5.):
(2.32.) 
(2.33.) 
(2.34.) 
(2.35.) 
Рассчитанное по этим формулам амплитудное распределение поля в раскрыве рефлекторов изображено в приложении 2.3.3 диаграмма направленности и коэффициент усиления всей антенны.
По известному полю в раскрыве рефлекторов рассчитывается F(q, j) по формуле:
(3.1.)Где:
(3.2.);S ‑ поверхность раскрыва;
ST – площадь проекции на раскрыв затеняющих элементов.
Коэффициент усиления антенны с учётом апертурного коэффициента исполизования gа (или КИП), обусловленного амплитудной неравномерностью поля в раскрыве, и коэффициента перехвата мощности облучателя зеркалом gп рассчитывается по формуле:
(3.3.)Где:
(3.4.)Общая эффективность антенны gа=gа×gп определяется из соотношения:
(3.5.)Все расчётные соотношения взяты из [1] на с. 23-24.
Рассчитанная диаграмма направленности всей антенны по схеме Кассегрена вместе с параметрами изображена в приложении 3.
С учетом рисунка 4.1. и 4.2., атакже рассчитанных ранее размеров рефлекторовв соответствующем пункте 2 предлагается, конструкцияантенны (смотрите приложение 5) позволяющая реализовать данную антенну.
 |
Рис. 4.1. Двухзеркальная параболическая антенна по схеме Кассегрена.
 |
а – схема и ход лучей; б – распределение излучающих токов по радиусу.
В ходе курсового работы была спроектирована двухзеркальная параболическая антенна по схеме Кассегрена и произведены основные расчеты параметров, характеризующих работу антенны, построены диаграммы направленности всей антенны и облучателя, т.е. стержневой конической диэлектрической антенны.
В процессе проектирования удалось реализовать антенно-фидерное устройство удовлетворяющее исходным данным курсового проекта, а именно обеспечить работу двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена на частоте 11 ГГц с шириной ДН Dqпо уровню –3 дБ в 1,5 градуса с уровнем боковых лепестков не более –18,3 дБ, коэффициентом усиления 41 дБ и коэффициентом использования поверхности КИП равным 0,704. Все основные рассчитаные данные имеются на рисунке в приложении 6.
Было выяснено, что:
- Ширина диаграммы направленности синфазного раскрыва обратно пропорциональна размеру раскрыва, выраженного в длинах волн, а также зависит от его формы и распределения поля на нём;
- Чем сильнее спадает поле в раскрыве к его краям, тем при тех же размерах антенны больше ширина главного лепестка и ниже уровень боковых лепестков;
- Затенение раскрыва зеркала облучателем, или другими элементами антенны может значительно повысить уровень боковых лепестков по сравнению с незатенённым раскрывом;
- Фазовый центр облучателя должен совпадать со вторым фокусом гиперболоида и незначительные сдвиги или изменение размеров облучателя сильно влияют на диаграмму направленности и распределение поля в раскрыве главного рефлектора антенны;