Малошумящие однозеркальные параболические антенны

 

	285	300	315	330	345	360
	0,082	0,295	0,563	0,798	0,95	1
	0,395	0,70	0,896	0,978	0,999	1
	0,12	0,337	0,58	0,798	0,947	1

 

 

 

 

 

 

2.2  Расчет распределения поля  в апертуре зеркала 

Расчет распределения поля в  апертуре зеркала осуществляется по следующим формулам:

где    – диаграмма направленности облучателя, – угол раскрыва, - текущий угол.

Найдем  из формулы (2.2.2) и подставим в (2.2.1), учитывая так же значения в Е и Н плоскостях :

Имеем:

Рассчитаем  и по этим формулам и построим графики распределения поля в апертуре зеркала.

Для определения пределов построения графиков найдем значения в крайних точках, т.е. для углов и

Имеем:       

 

Рисунок 5 - Распределение поля в апертуре зеркала

Таблица 3

y	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,658	0,698
ЕН(y)	1	0,997	0,990	0,975	0,953	0,921	0,879	0,848	0,824
ЕЕ(y)	1	0,990	0,961	0,913	0,847	0,766	0,673	0,614	0,573

 

 

3 РАСЧЕТ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ

    И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ

Инженерный расчёт пространственной диаграммы направленности ДН параболической антенны часто сводится к определению ДН идеальной круглой синфазной площадки с неравномерным распределением напряжённости возбуждающего поля. В данном случае распределение напряжённости возбуждающего поля в основном определяется ДН облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид

где   – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка;

Коэффициент, показывающий во сколько  раз амплитуда возбуждающего  поля, на краю раскрыва меньше амплитуды  в центре раскрыва в соответствующей  плоскости с учётом различий расстояний от облучателя до центра зеркала и до края зеркала;

  – амплитуды поля на краю и в центре раскрыва.

Подставив k в найдем ширину ДН на уровне 0,707 для обеих плоскостей. Они равны:

Рисунок 8 – Пространственная диаграмма направленности параболической антенны в плоскостях Е и Н

По графику определяем ширину ДН в плоскостях Е и Н

2Q^Е_0.5 = 40.9 мрад;

2Q^Н_0.5 = 45.7 мрад;

Определим уровни УБЛ:

УБЛ^H = 0,115

УБЛ^Е = 0,097

Таблица 4

q	0	0.005	0.01	0.015	0.02	0.0204	0.0224
FН(q)	1	0.977	0.911	0.807	0.675	0.692	0.707
FЕ(q)	1	0.978	0.916	0.817	0.692	0.707	0.721

 

q	0.03	0.04	0.05	0,06	0,063	0,7
FН(q)×10-3	0.376	0.106	-0.063	-0.115	-0.110	-0.077
FЕ(q)	0.404	0.140	-0.033	-0.96	-0.097	-0.074

 

3.1   Расчет полного коэффициента использования площади,

эффективной площади, КНД и Ку антенны

Приближённо коэффициент направленного  действия зеркальной антенны определяется по формуле:

где      S  – площадь раскрыва

            nрез – результирующий коэффициент

   использования поверхности

Коэффициент использования поверхности  определяется по формуле

Эффективная площадь антенны: 

Коэффициент направленного действия:

Коэффициент усиления антенны:

 

 

 

 

4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ АНТЕНЫ

4.1 Расчёт профиля зеркала

Зеркальные антенны имеют наибольший КНД при синфазном возбуждении  раскрыва (плоский фазовый фронт  волны). Параболический профиль зеркала  обеспечивает одинаковые длины электрических путей от облучателя, установленного в фокусе параболоида вращения, до каждой точки плоскости раскрыва (свойство параболы). В полярной системе координат парабола описывается уравнением

где  r, Y  - полярные координаты

f   - фокусное расстояние, y изменяется от - y0 до y0

 

Рисунок 8 - Профиль зеркала

Таблица 5

-0.24	-13.7	0.668
-0.20	-11.5	0.665
-0.16	-9.2	0.662
-0.12	-6.9	0.660
-0.8	-4.6	0.659
-0.4	-2.3	0.658
0	0	0.658
0.4	2.3	0.658
0.8	4.6	0.659
0.12	6.9	0.660
0.16	9.2	0.662
0.20	11.5	0.665
0.24	13.7	0.668

 

 

4.2 Выбор конструкции зеркала

С целью уменьшения веса и ветровых нагрузок поверхность зеркала часто  выполняется перфорированной, или сетчатой

Рисунок 9 - Конструкция зеркала

При такой конструкции зеркала  часть энергии просачивается  сквозь него, образую нежелательное  излучение. Допустимым является значение коэффициента прохождения в обратном направлении.

где , мощность излучения в обратном направлении и падающего на зеркало, соответственно. Для перфорированного отражателя диаметр отверстий сетки должен быть меньше 0,2 l, при суммарной площади отверстий не более 0,5...0,6 всей площади зеркала.

Двухлинейная сетка работает удовлетворительно  при расстоянии между проводниками меньше и диаметре проводов не менее

4.3 Определение допусков на точность изготовления

Неточность изготовления зеркала  вызывает несимфазность поля в раскрыве. Допустимыми являются фазовые искажения  поля в раскрыве зеркала не более ±p / 4. При этом уменьшение коэффициента усиления антенны не превышает нескольких процентов.

Пусть поверхность параболоида имеет некоторые неровности (выступы и углубления). Наибольшее отклонение от идеальной поверхности в направлении r обозначим через Δr.

Рисунок 10 - Допуски на точность изготовления зеркала

Путь луча, отраженного от неровности в месте наибольшего отклонения от r изменяется при этом на величину Dr + DrcosY, а соответствующий сдвиг фаз составит величину Dj = bDr(1+cosY), и он не должен превышать величину p/4, отсюда получаем

Анализ полученного выражения  для Dr показывает, что вблизи центра параболоида (Y = 0) необходимая точность изготовления зеркала наивысшая. Здесь наибольшее отклонение от идеальной поверхности не должно превосходить величины l / 16 (т.е. 0.009 м) у кромки параболоида требования к точности получаются наименьшими.

Точность установки облучателя также определяется нормами на наибольшие допустимые фазовые искажения поля в раскрыве. Пусть фазовый облучатель смещен на Dх.

Тогда длины путей лучей от фазового центра до раскрыва увеличиваются. Наибольшее удлинение пути происходит у лучей, падающих на вершину зеркала. Это удлинение путей при малых смещениях можно приблизительно определить как DхcosY. Тогда изменение фазы составит величину

где , – фазовые искажения, возникающие из-за неточности установки облучателя, в центре и на краю раскрыва, соответственно. Эта величина не должна превышать 4 / p, отсюда получаем, что

Таким образом, с увеличением угла разрыва точность и установка  облучателя в фокусе повышается.

 

ВЫВОД

В результате проведенной  работы сравним полученные данные с  исходными:

Исходные данные:

УБЛ = -15 дБ – уровень боковых лепестков

Рассчитанные данные:

- уровень боковых лепестков в плоскости Н

- уровень боковых лепестков  в плоскости Е

Полученная ширина ДН:

2Q^Е_0.5 = 40.9 мрад;

2Q^Н_0.5 = 45.7 мрад;

 

- отклонение в плоскости Н

- отклонение в плоскости Е.

 

Уровни УБЛ лучше, чем по условию, тем самым ТЗ в отношении УБЛ  выполнено.

Из полученных результатов видно, что погрешность УБЛ и ширины ДН не превышает 5 %, следовательно, расчет полуволнового вибратора с дисковым контррефлектором произведен верно. 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гончаров В. Л. Татлах А. Л.

«Малошумящие однозеркальные параболические      антенны и 

распространение радио волн» 

2. Вознесенский Д. И.

«Антенны. Современное состояние  и проблемы»,

М: Советское радио, 1979.

3. Марков Г. Т. Сазанов Д. М.

«Антенны», М: Энергия, 1975.

4. Кочержевский Г. М.

«Антенно-фидерные устройства», М: Радио  и связь, 1981.

5. Айзенберг Г. З.

«Антенны ультракоротких волн», М: Связьиздат, 1957.

6. Хмель В. Ф.

«Антенны и Устройства СВЧ», Киев 1976.