Электрические характеристики антенны

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 F_ОБЛ (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 x_p, y_p, f_p, a_p 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;

S_T – 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 g_п рассчитывается по формуле:

 (3.3.)

Где:

(3.4.)

Общая эффективность антенны g_а=g_а×g_п 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.

4.        конструкция антенны.

С учетом рисунка 4.1. и 4.2., а также рассчитанных ранее размеров рефлекторов в соответствующем пункте 2 предлагается, конструкция антенны (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.

заключение.

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 Dq по 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:

Ø  Ширина диаграммы направленности синфазного раскрыва обратно пропорциональна размеру раскрыва, выраженного в длинах волн, а также зависит от его формы и распределения поля на нём;

Ø  Чем сильнее спадает поле в раскрыве к его краям, тем при тех же размерах антенны больше ширина главного лепестка и ниже уровень боковых лепестков;

Ø  Затенение раскрыва зеркала облучателем, или другими элементами антенны может значительно повысить уровень боковых лепестков по сравнению с незатенённым раскрывом;

Ø  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;

Ø  В качестве облучателей параболической антенны по схеме Кассегрена могут использоваться простые слабонаправленные облучатели: рупорные, вибраторные, спиральные, щелевые, полосковые.

Ø  Форма диаграммы направленности облучателя должна соответствовать форме раскрыва главного зеркала. Необходимый спад интенсивности облучения к краям зеркала обусловлен двумя факторами: общей интенсивностью антенны и уровнем боковых лепестков (УБЛ).

Так же в ходе курсового проектирования был лучше изучен и закреплен материал курса СВЧ устройства и антенны и получен ценный практический опыт по расчёту основных параметров двухзеркальной антенны по схеме Кассегрена.

библиографический список.

Литература: [1], [2], [3], [4], [5].

1.          «Проектирование антенных систем СВЧ: Методические указания и задания к курсовому проекту для студентов всех форм обучения радиотехнических специальностей». Составители: Наймушин М.П., Панченко Б.А., Шабунин С.Н.; Научный редактор проф., д – р. техн. наук Панченко Б.А. Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 1993 год 48 с.

2.          Драбкин А.Л., Зузенко В.Л., Кислов А.Г. «Антенно-фидерные устройства». Изд. Сов. радио, 1974. 536 стр.

3.          Жук М.С., Молочков Ю.Б. «Проектирование антенно-фидерных устройств». М.: Энергия, 1996 год 648 с.

4.          Сазонов Д.М. «Антенны и устройства СВЧ: Учебник для радиотехнических специальных вузов». М.: Высш. шк., 1988. ‑ 432 с.: ил. ISBN 5‑06‑001149‑6.

5.          «Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надёжность». Барканов Н.А., Бердычевский Б.Е., Верхопятницкий П.Д. и др.; Под. ред. Варламова Р.Г. – М.: Радио и связь, 1985 – 384 с., ил. Впер.: 2р. 40000 экз.

Угол разворота 90°

Угол разворота 0°

приложение 1. (Д.Н. облучателя).

Угол разворота 90°

Угол разворота 0°

приложение 2. (Распределение поля в раскрыве).

Угол разворота 0°

Угол разворота 90°

приложение 3. (Д.Н. всей антенны).

приложение 4. (Конструкция облучателя).

приложение 5. (Общий вид антенны).

приложение 6. (Профили сечения зеркал).