Малошумящие однозеркальные параболические антенны

 

                 (4.3)

 

 

                        (4.4)

 

 

 

Построим ДН зеркальной параболической антенны:

Рисунок 4.1 – ДН зеркальной параболической антенны

 

Уровень боковых лепестков:

для плоскости Е:

для плоскости Н:

Приближенно коэффициент направленного действия зеркальной антенны определяется выражением:

                                         ,                                              (4.5)

 

 

 

Коэффициент использования поверхности:

,                                  (4.6)

 

Эффективная площадь антенны:

                                               ,                                     (4.7)

 

Коэффициент направленного действия:

                                      ,                           (4.8)

 

Коэффициент усиления антенны:

                                                   ,                                               (4.9)

.

 

 

 

 

 

5 Конструктивный расчет антенны

 

5.1 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

                                                  ,                                             (5.1)

где r, Y - полярные координаты,

       f - фокусное расстояние,

       Y изменяется от 0 до Y0.

 

Рисунок 5.1 – Параболический профиль зеркала

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.2 Выбор  конструкции зеркала.

 

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

 

Рисунок 5.2 – Конструкция зеркала

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

                                           ,                                        (5.2)

где Рпад, Робр – мощность излучения падающего на зеркало и в обратном направлении, соответственно.

Двухлинейная сетка работает удовлетворительно при расстоянии между проводниками меньше 0.1l и диаметре проводов не менее 0.01l.

                                dп = 0.1 × 0.158 = 0.016 (м),

                                d = 0.01 × 0.158 = 0.00158 (м).

 

 

5.3 Определение  допусков на точность изготовления.

 

Неточность изготовления зеркала вызывает несинфазность 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 5.3 – Допуски на точность изготовления зеркала

 

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

                                             ,                                         (5.3)

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) 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 Dх×cosY. Тогда изменение фазы составит величину:

                      ,          (5.4)

где Dj0, Djа – фазовые искажения, возникающие из-за неточности установки облучателя, в центре и на краю раскрыва, соответственно. Эта величина не должна превышать p/4, отсюда получаем:

 

                                      ,                                                  (5.5)

 

 

 

                                                                                        (5.6)

 

 

 

                                   ,                                  (5.7)

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В результате проведенной работы сравним полученные данные с исходными:

1. Ширина ДН на уровне повинной мощности: 2Q0.5 48 мрад (по условию), 2Q0.5 =47 мрад (по расчетам), что вполне допустимо.

2. УБЛ: -19 дБ (по условию), -19.175 дБ, что несколько больше допустимого. Для уменьшения уровня боковых лепестков можно рекомендовать увеличить радиус раскрыва антенны.

Отклонение в плоскости Н и Е незначительное.

Снижение уровня дальнего бокового излучения антенны обеспечивается прежде всего спадом амплитуды возбуждающего поля к краям раскрыва. Интенсивность дифракционного поля может быть оценена методом геометрической теории дифракции (ГТД).

В заключение отметим, что еще одним существенным фактором, определяющим дальнее боковое излучение антенн (впрочем, как и ближнее), является наличие статистических распределенных ошибок амплитудно-фазового распределения, обусловленных, например, технологическими погрешностями выполнения профиля зеркала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Антенны  и устройства СВЧ. Проектирование  фазированных антенных решеток / под ред. проф. Воскресенского Д.И. - М.: Советское радио, 1994.- 592 с.

2. Сазонов  Д.М. Антенны и устройства СВЧ.- М.: Высшая школа, 1988.-432 с.

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

4. Хмель  В.Ф., Чаплин А.Ф., Шумлянский И.И. Антенны  и устройства СВЧ.- Киев.: Вища  школа, 1990. - 232с.

5. Регламент  радиосвязи. Т.1.- М.: Радио и связь, 1995. -509 с.

6. Спутниковая  связь и вещание /Под ред. Кантора  Л.А. - М.: Радио и связь, 1987.-526с.

7. Патлах  А.Л., Гончаров В.Л. Антенны и устройства  СВЧ. Методические указания курсовой  работе «Зеркальные параболические  антенны». - Алма-Ата; АЭИ: 1987.-32с.

 

 

 

Приложение А

Рисунок 2.2 – Зависимость чувствительности антенны от угла раскрыва

Рисунок 3.1 – Зависимость распределение амплитуды поля от радиуса апертуры рупора

Рисунок 3.2 – Диаграмма направленности конического рупора

Рисунок 3.3 – Распределение поля в апертуре зеркала

Рисунок 4.1 – Диаграмма направленности зеркальной параболической антенны

 

Рисунок 5.1 - Параболический профиль зеркала