Готовая курсовая работа

Коэффициент направленного действия зеркальной антенны определяется выражением:





где – площадь раскрыва антенны;

где =0.25- равномерная часть распределения поля;

=0.75- неравномерная часть распределения поля.

Тогда:





Результирующий коэффициент использования поверхности раскрыва:





Отсюда получаем:





Апертурный коэффициент использования площади раскрыва зеркала полностью определяется характером распределения поля в раскрыве. Как известно, для любых площадок, возбуждаемых синфазно, его величина определяется формулой:

.

В случае параболоидного зеркала имеем:



Тогда, подставив значения, получим:

.



Для приближенного расчета можно пренебречь зависимостью распределения поля от и считать, что амплитуда поля в раскрыве является функцией только координаты : . В этом случае формула упрощается и принимает вид:



.

При вычислении получаем:







Коэффициент усиления антенны:



,



Где - КПД антенны, который примем равным 0.9.

Отсюда:





Коэффициент защитного действия определяет помехозащищенность антенны - это отношение напряжения, получаемого от антенны на согласованной нагрузке при приеме с заднего или бокового направления, к напряжению на той же нагрузке при приеме с главного направления.

Помехозащищенность в децибелах определяют по формуле:





Учитывая ранее рассчитанные значения, получаем:





Так как антенна рассчитана на сантиметровые длины волн, в качестве основного фидерного тракта используем прямоугольный волновод с волной H10.

Схематическое изображение его части представлено на рисунке 6:



Рисунок 6





Размер широкой стенки определяется следующим неравенством:



Размер узкой стенки:



Тогда:







Выбираем стандартный волновод МЭК-760 с параметрами:

a = 2.88 см

b = 1.34 см



Толщина стенки – 1.0 мм.



Длина отрезка волновода 1 от возбуждающего штыря до закорачивающей стенки выбирается из условия согласования с питающим коаксиальным кабелем.

Введение 2

Основная часть 3

Заключение 25

Приложение 1 26

Список использованной литературы 27



Введение

Зеркальной антенной называют совокупность слабонаправленного облучателя и металлического отражателя (зеркала). Форма поверхности зеркала выбирается такой, чтобы сферический фронт волны, падающей от облучателя на зеркало, после отражения преобразовывался в плоский фронт волны. С позиций геометрической оптики лучи, расходящиеся от облучателя, после отражения от зеркала образуют параллельный пучок, формируя остронаправленную диаграмму направленности. По форме зеркала зеркальные антенны разделяются на параболоид вращения, параболический цилиндр, а также антенны со специальным профилем зеркала.

Зеркальные антенны могут формировать игольчатые диаграммы направленности, веерные, косекансные или диаграммы другого специального вида. Ширина игольчатой диаграммы направленности может составлять от десятка до долей градуса.

Широкоугольное сканирование в однозеркальных антеннах осуществляется механическим вращением всей антенной системы в заданной плоскости, а сканирование в пределах нескольких ширин диаграмм направленности осуществляется электромеханическим способом – вращением облучателя, вынесенного за фокус параболоида.

В настоящее время зеркальные антенны широко применяются в радиостанциях различного назначения - радиолокационных, навигационных, радиорелейных и в ряде других радиосистем СВЧ диапазона.

В настоящей работе необходимо спроектировать зеркальную антенну в виде параболоида вращения.



Основная часть

Исходные данные:

Длина волны λ=2.5 см

Ширина диаграммы направленности до половинной мощности 2Θ0.5=2.5 град

Уровень первого бокового лепестка – ξ1=-20 Дб

Коэффициент направленного действия облучателя D=6



Принимаем относительный уровень на краю зеркала, исходя из уровня первого бокового лепестка, 10 дБ.

Рассчитаем параметры пирамидального рупора, используемого в качестве облучателя.

Коэффициент направленного действия рупора ориентировочно определяется:

,

где ap и bp - размеры раскрывa рупора в плоскостях H и E соответственно.

- апертурный КИП, зависимость которого от относительного уровня на краю зеркала приведена на рисунке 1.









Рисунок 1.



Так как необходимо принимать ap =1.5bp , тогда:







Отсюда получаем bp:





Тогда:



ap =1.5bp= 1.5*3.15=4.73 см.



Оптимальная длинна рупорного облучателя определяется, исходя из неравенства:





Отсюда:





Выбираем RОПТ=2.5 см.



В качестве облучателя необходимо применять пирамидальный рупор. Диаграмму направленности небольшого рупора можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:







Где , – нормированные диаграммы направленности по напряжённости поля в плоскостях E и H соответственно;

- угол, отсчитываемый от направления максимума диаграммы направленности;

- волновое число.



Найдём значение волнового числа k:





С учетом значения волнового числа диаграммы направленности рупорного облучателя приведены на рисунках 2.1,2.2, значения функций - в таблицах.

Для плоскости Е:



Рисунок 2.1









1. 0 1

2. 6,206897 0,035807

3. 12,413793 0,006232

4. 18,62069 0,016422

5. 24,827586 0,012695

6. 31,034483 0,003941

7. 37,241379 0,003509

8. 43,448276 0,006844

9. 49,655172 0,006352

10. 55,862069 0,003801

11. 62,068966 0,0009307482

12. 68,275862 -0,001266

13. 74,482759 -0,002533

14. 80,689655 -0,003043

15. 86,896552 -0,003089

16. 93,103448 -0,002916

17. 99,310345 -0,002672

18. 105,517241 -0,002409

19. 111,724138 -0,002115

20. 117,931034 -0,001742

21. 124,137931 -0,001242

22. 130,344828 -0,0006031335

23. 136,551724 0,0001082701

24. 142,758621 0,0007317216

25. 148,965517 0,001058

26. 155,172414 0,0009466965

27. 161,37931 0,0004539999

28. 167,586207 -0,0001365149

29. 173,793103 -0,0004757084

30. 180 -0,0004126516





Для плоскости Н:



Рисунок 2.2









1. 0 1

2. 6.206897 0,072969

3. 12.413793 0,015223

4. 18,62069 -0,006046

5. 24,827586 -0,014596

6. 31,034483 -0,015814

7. 37,241379 -0,012839

8. 43,448276 -0,008095

9. 49,655172 -0,003309

10. 55,862069 0,0005448207

11. 62,068966 0,003136

12. 68,275862 0,00456

13. 74,482759 0,005109

14. 80,689655 0,005109

15. 86,896552 0,004826

16. 93,103448 0,004438

17. 99,310345 0,004038

18. 105,517241 0,003655

19. 111,724138 0,003276

20. 117,931034 0,002861

21. 124,137931 0,002366

22. 130,344828 0,001761

23. 136,551724 0,00105

24. 142,758621 0,0002867266

25. 148,965517 -0,0004223325

26. 155,172414 -0,0009433415

27. 161,37931 -0,001162

28. 167,586207 -0,001044

29. 173,793103 -0,0006702607

30. 180 -0,0002203519



Как можно видеть из представленных графиков и значений, диаграммы направленности различаются незначительно.



Определим угол раскрыва зеркала:





Где Rn – диаметр основного зеркала, -фокусное расстояние





Фокусное расстояние выбирается из соотношения:





Отсюда:





Тогда:



Отсюда:



Профиль параболы определяется в сферических координатах зависимостью



Расчет профиля зеркала произведен при помощи средств Excel, результаты приведены ниже в таблице 1 и на рисунке 2.



Таблица 1



f0 ψ ψ(рад) ρ

0,11 130 2,268928 0,61588

0,11 120 2,094395 0,44

0,11 110 1,919862 0,334357

0,11 100 1,745329 0,26623

0,11 90 1,570796 0,22

0,11 80 1,396263 0,18745

0,11 70 1,22173 0,163932

0,11 60 1,047198 0,146667

0,11 50 0,872665 0,133919

0,11 40 0,698132 0,124572

0,11 30 0,523599 0,117898

0,11 20 0,349066 0,11342

0,11 10 0,174533 0,110842

0,11 0 0 0,11

0,11 10 0,174533 0,110842

0,11 20 0,349066 0,11342

0,11 30 0,523599 0,117898

0,11 40 0,698132 0,124572

0,11 50 0,872665 0,133919

0,11 60 1,047198 0,146667

0,11 70 1,22173 0,163932

0,11 80 1,396263 0,18745

0,11 90 1,570796 0,22

0,11 100 1,745329 0,26623

0,11 110 1,919862 0,334357

0,11 120 2,094395 0,44

0,11 130 2,268928 0,61588



Рисунок 3

Нормированное значение амплитуды поля в раскрыве определится выражением:



Где - нормированная диаграмма направленности облучателя.

Для плоскостей Н и Е соответсвенно:

1. Ерохин Г. А., Чернышов О. В., Козырев Н. Д., Кочержевский В. Г. АФУ и РРВ.-М.:Радио и связь; 1989, - 352 с.

2. Долуханов М. П. РРВ.-М.; Связь, 1972. - 336 с.

3. Черенкова Е. Л., Чернышов О. В. Распространение радиоволн,-М.:Радио_ и связь,' 1984. -272 с.

4. Кочержевский Г. Н. Антенно-фидерные устройства.-М.: Связь, 1972.

472 с.

5. Антенны и устройства СВЧ/Под редакцией Воскресенского Д. И.~ 'М.;Сов, Радио, 1972. - 320 с.

6. Айзенберг Г. 3. и др. Антенны УКВ, В 2-х ч. 4.1.-М.: Связь, 1977.-384 с.

7. Кочержевский Г. Н., Ерохин Г. А., Козырев Н. Д. Антенно-фидерные устройства.-М: Радио и связь, 1989. - 352 с.

8. Гайнутдинов Т. А., Кочержевский В. Г. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн в системах подвижной радиосвязи. Учебное пособие/МТУСИ, 2003.

9. Сазонов Д. М. Антенны и устройства СВЧ.-М.: Высшая школа, 1988.