Автор работы: Пользователь скрыл имя, 27 Апреля 2015 в 12:10, курсовая работа
Настоящий курсовой проект посвящен расчету зеркальных параболических антенн, которые находят широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи, а также в радиоастрономии. Специфика спутниковой связи, заключающаяся в большой протяженности трас между искусственными спутниками Земли и земными станциями (около 35000 км для геостационарных ИСЗ), значительных ослаблениях радиосигналов на этих трассах, предъявляет серьезные требования к конструкции и параметрам зеркальных антенн
1. Введение……………………………………………………………………….3
2. Техническое задание…………………………………………………………4
3. Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта и КПД……………………………………………………………………………5
4. Расчет геометрических размеров параболоида…………………………...6
4.1. Расчет диаметра раскрыва ………………………………………………6
4.2. Аппроксимация аналитического вида ДН облучателя функцией cosn/2 и выбор числа n…………………………………………………………..7
4.3. Оптимизация геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум………………………………………………………………..8
4.4. Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны……………………………………………………………………9
5. Расчет геометрических и электродинамических характеристик облучателей………………………………………………………………….10
5.1. Облучатель в виде конического рупора………………………………10
5.2. Распределение поля в апертуре зеркала………………………………11
6. Расчет пространственной ДН параболической антенны и определение параметров параболической антенны…………………………………….13
7. Конструктивный расчет антенны…………………………………………..15
5.1 Расчет профиля зеркала…………………………………………….15
5.2 Выбор конструкции зеркала………………………………………..16
5.3 Определение допусков на точность изготовления………………..16
8. Заключение…………………………………………………………………..19
9. Список литературы………………………………………………………….
Некоммерческое акционерное общество
«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»
Кафедра Радиотехники
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: АФУ и РРВ
На тему: Малошумящие однозеркальные параболические антенны
Специальность: 5B0719 «Радиотехника, электроника и телекоммуникации»
Выполнил: Сыдыков Ф.А. Группа РЭТ-11-10 № зачетки: 113051
Принял: ст.пр. Лановенко М.В.
___________«____» ____________2014г.
(подпись)
Алматы 2014
Содержание
7. Конструктивный расчет антенны…………………………………………..15
5.1 Расчет профиля зеркала…………………………………………….15
5.2 Выбор конструкции зеркала………………………………………..16
5.3 Определение допусков на точность изготовления………………..16
8. Заключение……………………………………………………
9. Список литературы……………………………………………………
10. Приложение А………………………………………………………………..21
11.Приложение Б………………………………………………………………..22
Настоящий курсовой проект посвящен расчету зеркальных параболических антенн, которые находят широкое применение в космических и радиорелейных линиях связи, а также в радиоастрономии. Специфика спутниковой связи, заключающаяся в большой протяженности трас между искусственными спутниками Земли и земными станциями (около 35000 км для геостационарных ИСЗ), значительных ослаблениях радиосигналов на этих трассах, предъявляет серьезные требования к конструкции и параметрам зеркальных антенн. Для снижения влияния внешних помех необходимо повышение помехозащищенности антенн и снижение уровня боковых лепестков ДН.
Достаточная простота и легкость конструкции, возможность формирования самых разнообразных ДН, высокий КПД, малая шумовая температура — вот основные достоинства зеркальных антенн, обусловливающих их широкое применение в современных радиосистемах.
В курсовом проекте определение поля излучения параболической антенны производится апертурным методом, широко применяемым при проектировании зеркальных антенн.
Техническое задание
Выполнить конструктивный и электродинамический расчет малошумящей однозеркальной параболической антенны.
Исходные данные:
2ΘE0.5 = 53 мрад;
1 Выбор фидера. Определение шумовой температуры фидерного тракта и КПД.
Выберем прямоугольный волновод в качестве фидера, так как он обладает низким погонным затуханием при данной частоте.
Геометрические размеры фидера: a × b = 12.9 × 6.5 см;
Погонное затухание:
Определение шумовой температуры фидерного тракта Тафу и КПД производится по формулам:
где a - коэф. затухания линии передачи [дБ/м];
1ф - длина фидерной линии [м];
,
2 Расчет геометрических размеров параболоида
2.1 Расчет диаметра раскрыва
Зеркальная антенна - направленная антенна, содержащая первичный излучатель (облучатель) и отражатель антенны в виде металлической поверхности (зеркало)[2]. Параболическая зеркальная антенна представлена на рисунке 2.1:
Рисунок 2.1 - Зеркальная параболическая антенна
В случае равномерно возбужденного раскрыва параболического зеркала ширина ДН приближенно определяется [3]:
где 2×Θ0.5 - ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности, рад.;
l - длина волны излучаемого (принимаемого) антенной радиосигнала;
R0 - радиус раскрыва зеркала (рисунок 2.1).
Однако, добиться равномерного возбуждения раскрыва практически не удается. Известно [3], что КНД зеркальной антенны имеет наибольшую величину в том случае, если амплитуда возбуждаемого поля на краю раскрыва составляет не менее одной трети от амплитуды поля в центре раскрыва.
Неравномерное возбуждение раскрыва зеркала приводит к некоторому расширению главного лепестка ДН, так как уменьшается эффективная площадь раскрыва. Кроме этого, необходимо иметь в виду, что чаще всего диаграммы направленности зеркальных антенн не обладают осевой симметрией (большинство излучателей формируют осенесимметричные ДН), т.е. ширина главного лепестка в плоскостях Е и Н различна. В большинстве практических случаев это влечет за собой следующие изменение выражения (2.1) [4]:
где 2×ΘН0.5 , 2×ΘЕ0.5 - ширина ДН соответственно в плоскости Н и Е.
В связи с тем, что в задании на курсовой проект имеются данные о ширине ДН в обеих плоскостях, из выражений (2.2) и (2.3) можно определить диаметр раскрыва, причем, из полученных двух значений диаметра следует выбрать наибольшее.
Выбираем диаметр раскрыва зеркала dр = 2R0 = 1.97 м
2.2 Аппроксимация
аналитического вида ДН
В зависимости от размещения облучателя относительно зеркала можно получить то или иное значение КНД. При определенном оптимальном отношении R0/f0 КНД наибольший. Это объясняется тем, что количество теряемой энергии зависит от формы ДН облучателя и от отношения R0/f0. При уменьшении отношения R0/f0 от оптимального КНД уменьшается часть энергии, проходящей мимо зеркала. С другой стороны, увеличение этого отношения также приводит к уменьшению КНД в связи с более сильным отклонением закона распределения возбуждения от равномерного. Оптимальное значение R0/f0 определяется по аппроксимированной ДН облучателя.
Аппроксимация осуществляется функцией вида:
где n - определяет степень вытянутости ДН облучателя.
Значения для полуволнового вибратора с дисковым контррефлектором:
n = 6;
R0/f0 = 0.8... 1.0 ;
2.3 Оптимизация
геометрии антенны по
С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет.
Чувствительность γ определяется формулой:
где первые четыре коэффициента не зависят от φ0, а γ’ вычисляется:
где T1 = Tпр + T0 × (1-КПД) + КПД × Tнср
T0 = 290 K
u = (0.02 – 0.03) – коэффициент, учитывающий «переливание» части мощности облучателя через края зеркала, примем u = 0.025;
a1 = 1 – cosn+1 Ψ0, n – определяется типом облучателя;
S – площадь апертуры зеркала.
При n = 6, g(Ψ0) имеет следующий вид:
В итоге получим:
По максимуму построенной графически функции γ’ (Ψ0) определяется угол раскрыва зеркала (шаг изменения угла раскрыва Ψ0 не более 5°).
Рисунок 2.2 – График γ’ (Ψ0)
Из графика Ψ0 = 0.82 рад=47о.
Фокусное расстояние f0 может быть рассчитано на основе следующего соотношения:
Проверим допустимость отношения R0/f0:
Полученное значение удовлетворяет требованиям, т.е. входит в заданный диапазон: R0/f0 = 0.8... 1.0
Откуда следует что:
3 Расчет геометрических и электродинамических характеристик облучателей.
3.1 Облучатель в виде открытого конца прямоугольного волновода выбираются исходя из существующего ряда стандартных волноводов для заданной длины волны.
Расчет сводиться к определению геометрических размеров облучателя, при которых уменьшение амплитуды поля на краю раскрыва зеркала происходит до одной трети амплитуды поля в центре раскрыва, и диаграммы направленности облучателя.
Рисунок 3.1 – Открытый конец прямоугольного волновода
ДН рупорной антенны рассчитываются по формулам:
в Е плоскости , (3)
в Н плоскости , (3.1)
где β0 = 2×π/λ – волновое число,
-аппроксимация аналитического вида ДН облучателя.
Рисунок 3.2 – ДН облучателя (открытый конец прямоугольного волновода)
3.2 Распределение поля в апертуре зеркала.
Расчет распределения поля в апертуре зеркала осуществляется по следующим формулам:
(3.2)
(3.3)
где F0(Y) – диаграмма направленности облучателя,
Y0 – угол раскрыва,
Y - текущий угол.
(3.5)
(3.6)
где f0 – фокусное расстояние.
Рисунок 3.3 – Распределение поля в апертуре зеркала.
В данном случае Y0 – текущий угол, а Y - сдвиг фаз между токами.
4 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:
, (4.1)
где J1, J2 – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка.
, (4.2)
где Екр, Емах – амплитуды поля на краю и в центре раскрыва.
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.
Информация о работе Малошумящие однозеркальные параболические антенны